Los fenómenos aleatorios son aquellos fenómenos que repetidos en las mismas condiciones controlables muestran variabilidad, esto es, presentan diferentes resultados; por ejemplo, el lanzamiento de una moneda al aire puede resultar en cara o cruz. Los fenómenos aleatorios se contraponen a los fenómenos deterministas que son aquellos que presentan siempre el mismo resultado final.
No resulta posible predecir el resultado de un fenómeno aleatorio bien por desconocimiento de la ley o relación exacta de causa-efecto que afecta al fenómeno, bien por ser tan numerosos los factores que le afectan que es imposible controlarlos todos a la vez.
Un fenómeno aleatorio adquiere la consideración más formal de experimento aleatorio cuando se han establecido los resultados posibles con el objetivo de asignarles una probabilidad.