Pravděpodobnostní automat je zařízení nebo systém, ve kterém dochází k přechodu z jednoho stavu do druhého v závislosti na náhodných vstupních signálech nebo v závislosti na posloupnosti předchozích stavů.
Pravděpodobnostní automat se v procesu učení využívá především k demonstraci složitějšího chování, jehož reakce jsou těžko předvídatelné, například automatické systémy řízení dopravy na křižovatce dvou ulic.