Вероя́тностный автома́т, автомат с конечным числом состояний, в котором переход из одного состояния в другое происходит при подаче входных сигналов случайным образом. Вероятность этого перехода зависит от последовательности предшествующих состояний и входных сигналов. Если функцию перехода записать как вероятность $P(s_k, a_i→a_j)$, где $s_k$ – входной сигнал, $a_i → a_j$ – переход из состояния $a_i$ в состояние $a_j$, то должно выполняться условие:

$\sum\limits_{j=1}^{n}P(s_k, a_i→a_j)=1,$

где $n$ – число состояний вероятностного автомата. Модели вероятностного автомата используются при создании систем формального обучения, систем сложного поведения, в управляющих системах.

Пример применения модели вероятностного автомата – автоматическая система управления движением транспорта на перекрёстке 2 улиц с разной интенсивностью движения. Рассмотрим вероятностный автомат с 2 состояниями: «открыто» – проезд открыт по магистрали (улица с интенсивным движением) и «закрыто» – магистраль перекрыта (разрешается движение по поперечной улице), а также с 2 входными сигналами: $s_1$ – «на поперечной улице ждёт транспорт», $s_2$ – «эта улица пуста». Такой автомат при поступлении сигнала $s_2$ не открывает движение по поперечной улице, а при поступлении $s_1$ открывает лишь с некоторой вероятностью, т. е. не перекрывает магистраль при каждом появлении автомобиля на поперечном направлении. Численные значения вероятности перехода и длительности тактов между переключениями сигналов светофоров определяют на основе предварительного анализа режима движения транспорта через перекрёсток.

Вероятностный автомат может быть представлен в виде детерминированного автомата с датчиком случайных чисел, подающим на один из входов автомата независимые сигналы с заданным распределением вероятностей.