Matematikan, sistema ez linealak deskribatzaileen jokabideen batura gisa adierazten ez diren sistemak adierazten dituzte. Formalkiago, sistema fisiko, matematiko edo beste sistema bat ez lineala da[1][2] bere portaera erregulatzen duten higidura- bilakaera edo portaera-ekuazioak ez linealak direnean. Bereziki, sistema ez linealen portaera ez dago gainjartze-printzipioaren menpe, sistema lineal batean den bezala.
Zientziaren hainbat adarretan, ez linealtasuna jokabide konplexu eta, askotan, ezusteko edo kaotikoen erantzule da. Ez linealtasuna maiz agertzen da autointerakzioarekin lotuta, sisteman bertan sistemaren aurreko egoerak duen eragina. Fisikan, biologian edo ekonomian, hainbat azpisistemaren ez linealtasuna arazo konplexuen iturria da. Azken hamarkadetan, konputagailu digitalak eta zenbakizko simulazioa agertzeak interes zientifikoa piztu du sistema ez linealetan, lehen aldiz sistema asko, gutxi edo gehiago, modu sistematikoan ikertu baitira.