在混沌理論中，蝴蝶效應是對初始條件的敏感依賴，在這種情況下，確定性非線性系統的一種狀態的微小變化可能導致后來狀態的巨大差異。

該術語與數學家和氣象學家愛德華諾頓洛倫茲的工作密切相關。 他指出，蝴蝶效應源自龍卷風細節的隱喻示例（確切的形成時間、確切的路徑）受到微小擾動的影響，例如幾周前遠處的蝴蝶拍打翅膀。 Lorenz 最初使用海鷗引起風暴，但在 1972 年被說服使用蝴蝶和龍卷風使其更具詩意。他在觀察天氣模型的運行時發現了這種效果，初始條件數據以看似無關緊要的方式四舍五入 . 他指出，天氣模型無法重現使用未舍入的初始條件數據運行的結果。 初始條件的微小變化會產生截然不同的結果。

法國數學家和工程師亨利·龐加萊 (Henri Poincaré) 早就認識到小原因可能對天氣產生大影響的觀點。 美國數學家和哲學家諾伯特維納也對這一理論做出了貢獻。 洛倫茲的工作將地球大氣層的不穩定性概念置于定量基礎上，并將不穩定性概念與正在經歷非線性動力學和確定性混沌的大型動力系統的特性聯系起來。

從那以后，蝴蝶效應的概念就被用在天氣科學之外，作為一個廣義術語，指的是任何微小的變化都可能導致更大后果的情況。

在《人類的使命》（1800 年）中，約翰·戈特利布·費希特說，如果不從原處移走一粒沙子，就無法……改變不可估量的整體的所有部分。

混沌理論和對初始條件的敏感依賴在多種形式的文獻中都有描述。 龐加萊在 1890 年的三體問題案例證明了這一點。他后來提出，這種現象可能很普遍，例如，在氣象學中。

1898 年，Jacques Hadamard 注意到負曲率空間中軌跡的普遍發散。 Pierre Duhem 在 1908 年討論了這可能的普遍意義。

1950 年，艾倫圖靈指出： 單個電子在某一時刻位移十億分之一厘米可能會導致一個人在一年后死于雪崩，還是逃脫。

一只蝴蝶的死亡最終可能對隨后的歷史事件產生深遠的連鎖反應，這一想法最早出現在雷·布拉德伯里 (Ray Bradbury) 1952 年的短篇小說《雷聲》中。 雷霆之聲以時間旅行為特色。

不過，更準確地說，幾乎確切的想法和確切的措辭——一只小昆蟲的翅膀影響整個大氣層的風——發表在一本兒童讀物中，該書在 1962 年，洛倫茲發表的前一年：

......無論我們做什么都會影響一切和其他人，即使是以最微小的方式。 為什么，當一只家蠅扇動翅膀時，微風吹遍了世界。

——純粹理性的公主

—>諾頓·賈斯特，幻影收費站

1961 年，洛倫茲正在運行一個數值計算機模型，作為捷徑從上一次運行的中間重做天氣預報。 他輸入了打印輸出中的初始條件 0.506，而不是輸入全精度值 0.506127。 結果是完全不同的天氣情況。

洛倫茲寫道：

有一次我決定重復一些計算，以便更詳細地檢查正在發生的事情。 我停止了電腦，輸入了一行早些時候打印出來的數字，然后讓它再次運行。 我去大廳喝杯咖啡，大約一個小時后回來，在此期間計算機模擬了大約兩個月的天氣。 正在打印的數字與舊數字完全不同。 我立即懷疑真空管弱或其他一些計算機故障，這并不少見，但在尋求服務之前，我決定查看錯誤發生的位置，因為我知道這可以加快維修過程。 我發現新值并沒有突然中斷，而是首先重復舊值，但不久之后在最后一位 [小數] 處相差一個，然后相差幾個單位，然后在倒數第二位開始相差， 然后在那之前的地方。 事實上，每四天左右，差異的大小就會或多或少地穩步增加一倍，直到第二個月的某個地方，與原始輸出的所有相似之處都消失了。