Zelforganisatie is het proces waarbij in een chaotisch systeem structuren ontstaan doordat de onderdelen van het systeem ongeleid interacties met elkaar aangaan. Het proces kan spontaan zijn als er voldoende energie beschikbaar is. Zelforganisatie wordt vaak veroorzaakt door willekeurige (stochastische) fluctuaties die versterkt worden door positieve terugkoppeling.
Zelforganisatie komt voor in veel fysische, chemische, biologische en technische systemen. Voorbeelden van zelforganisatie zijn kristallisatie, thermische convectie van vloeistoffen, chemische oscillatie, vorming van zwermen bij dieren en kunstmatige neurale netwerken.