蝴蝶效應指一件表麵上看來毫無關係、非常微小的事情，可能帶來巨大的改變。此效應說明，事物發展的結果，對初始條件具有極為敏感的依賴性，初始條件的極小偏差，將會引起結果的極大差異。
美國氣象學家愛德華·諾頓·羅倫茲（Edward Norton Lorenz）1963年在一篇提交紐約科學院的論文中分析了這個效應。“一個氣象學家提及，如果這個理論被證明正確，一個海鷗扇動翅膀足以永遠改變天氣變化。”在以後的演講和論文中他用了更加有詩意的蝴蝶。對於這個效應最常見的闡述是：“一個蝴蝶在巴西輕拍翅膀，可以導致一個月後德克薩斯州的一場龍卷風。”
蝴蝶效應通常用於天氣、股票市場等在一定時段難於預測的比較複雜的係統中。蝴蝶效應在社會學界用來說明：一個壞的微小的機製，如果不加以及時地引導、調節，會給社會帶來非常大的危害，稱為“龍卷風”或“風暴”；一個好的微小的機製，隻要正確指引，經過一段時間的努力，將會產生轟動效應，或稱為“革命”。
蝴蝶效應在混沌學中也常出現，又被稱作非線性。
洛倫茲用計算機求解仿真地球大氣的13個方程式，意圖是利用計算機的高速運算來提高長期天氣預報的準確性。在一次科學計算時，洛倫茲對初始輸入數據的小數點後第四位進行了四舍五入，把一個中間解0.506取出，提高精度到0.506127再送回，前後計算結果相差很大，前後結果的兩條曲線相似性完全消失了。再次驗算發現計算機並沒有毛病，洛倫茲發現，由於誤差會以指數形式增長，在這種情況下，一個微小的差值隨著不斷推移造成了巨大的後果。他認為，在大氣運動過程中，即使各種偏差和不確定性很小，也有可能在過程中將結果積累起來，經過逐級放大，形成巨大的大氣運動。
於是，洛倫茲認定，他發現了新的現象：事物發展的結果，對初始條件具有極為敏感的依賴性，即對初始值的極端不穩定性，稱作混沌，又稱蝴蝶效應。從此以後，蝴蝶效應之說就不脛而走。
蝴蝶效應是混沌學理論中的一個概念。“差之毫厘，失之千裏”是混沌係統的重要特性之一。在混沌係統中，初始條件十分微小的變化經過不斷放大，對其結果會造成極其巨大的差別。我們可以用西方流傳的一首民謠對此作形象說明。這首民謠說：
丟失一個釘子，壞了一隻蹄鐵；
壞了一隻蹄鐵，折了一匹戰馬；
折了一匹戰馬，傷了一位騎士；
傷了一位騎士，輸了一場戰鬥；
輸了一場戰鬥，亡了一個帝國。
馬蹄鐵上一個釘子是否會丟失，本是初始條件十分微小的變化，但其結果卻是一個帝國的存亡。這就是在軍事和政治領域中的蝴蝶效應。
多米諾效應和蝴蝶效應是近義的，隻不過多米諾效應所花費的時間要遠遠大於蝴蝶效應所需的時間，其餘含義兼一致。
1998年亞洲發生的金融危機和美國曾經發生的股市風暴實際上就是經濟運作中的蝴蝶效應。
1998年太平洋上出現的“厄爾尼諾”現象就是大氣運動引起的蝴蝶效應。
蝴蝶效應的初始，就是混沌的，在不準確中產生的，所以什麽樣的可能都會發生。而作為之後所產生的結果，因為偶然還產生必然，必然之中存在著偶然，事情就是這樣進行的。
混沌是非線性的。線性，指量與量之間按比例、成直線的關係，在空間和時間上代表規則和光滑的運動；而非線性是指不按比例、不成直線的關係，代表不規則的運動和突變。如問：兩隻眼睛的視敏度是一隻眼睛的幾倍？很容易想到的是兩倍，可實際是6~10倍。這就是非線性：1+1不等於2。激光的生成也是非線性的。當外加電壓較小時，激光器猶如普通電燈，光向四麵八方散射；而當外加電壓達到一定值時，會突然出現一種全新現象：受激源發射出一致的單色光，就是激光。
蝴蝶效應的複雜連鎖效應，每天都可能在我們身上發生，如著名心理學家、哲學家威廉·詹姆士所說：“播下一個行動，你將收獲一種習慣；播下一種習慣，你將收獲一種性格；播下一種性格，你將收獲一種命運。”
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