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Un sistema complesso è un sistema dinamico a multicomponenti, ovvero composto da diversi sottosistemi che tipicamente interagiscono tra loro, descrivibili analiticamente tramite modelli matematici. Questo tipo di sistema viene studiato nell'ambito della teoria della complessità.
Si rende tipicamente necessario un approccio globale, in quanto non è possibile risolvere analiticamente tutti i componenti con le loro interazioni, mentre è utile affidarsi a complesse simulazioni al calcolatore per valutare/analizzare il comportamento dinamico di ciascun componente così come le reciproche interazioni, le quali possono essere descritte in maniera semplice ovvero lineare oppure non lineare (vedi sistema dinamico).
Tipici dei sistemi complessi sono i concetti di autorganizzazione e comportamento emergente. L'assunzione di sistema complesso abbraccia dunque la maggior parte dei sistemi fisici reali a molte componenti, rispetto ai sistemi ritenuti "semplici", più tipici della fisica classica.