نظرية الاحتمالات هي فرع من فروع الرياضيات يدرس الأحداث العشوائية والظواهر التي لا يمكن تنبؤ بها بدقة مطلقة. ويمكن استخدامها في الرياضيات البحتة في مجالات مختلفة مثل الإحصاء وعلم الرياضيات التطبيقية.
وتتمحور نظرية الاحتمالات حول الاحتمالية والاحتمالات المعروفة والاحتمالات المشروطة والتوزيعات الاحتمالية. وتستخدم نظرية الاحتمالات في العديد من الأساليب الاحصائية مثل الاختبارات الإحصائية وتحليل الانحدار والتحليل العاملي.
وتستخدم نظرية الاحتمالات أيضًا في الرياضيات البحتة في مجالات مثل الهندسة التفاضلية وعلم الإحصاء وعلم الحاسوب والفيزياء الرياضية والتحليل الرياضي والاقتصاد الرياضي والرياضيات التطبيقية الأخرى. ويمكن استخدام نظرية الاحتمالات لتحليل النماذج الرياضية والتنبؤ بالأحداث المستقبلية واختبار صحة الفرضيات وتحديد الأسباب والعوامل التي تؤثر في النتائج الرياضية وتقدير الأخطاء القياسية وتحديد مستويات الثقة والتحكم في المخاطر.