العملية الاحتمالية stochastic process أو العملية العشوائية Random Process هي عبارة عن دالة رياضية عشوائية في معظم التطبيقات والنماذج الإحتمالية.
وتكون الدالة معرفة على مجال زمني أو فترة زمنية time interval (في هذه الحالة تسمي العملية الاحتمالية متسلسلات زمنية أو سلاسل زمنية time series ).
وفي حالات أخرى تكون الدالة معرفة على منطقة من الفراغ أو حقل من الفضاء المتعدد الأبعاد (عندئذ تدعى العملية الاحتمالية حقل عشوائي random field ) .
فمن الأمثلة المألوفة والشائعة عن المتسلسلات الزمنية : أسواق الأسهم المالية stock market و تبدلات أسعار الصرف exchange rate ، والإشارات مثل الكلام ، الصوت ، والبيانات الطبية كمخطط ورسومات التخطيط القلبي ، وكذلك ضغط الدم ، وتغيرات درجات الحرارة في الجو أو في جسم الإنسان أو الكائن الحي خلال فترة من الزمان.
ومن أمثلة الحقول العشوائية : الصور الثابتة static images ، والطوبوغرافيا العشوائية random topography ، وتغيرات التركيب الكيميائي في مادة غير متجانسة. وغير ذلك من الأمثلة والتطبيقات والتي تزيد على أربعين نوعاً من التطبيقات العملية والنافعة حسب ما ذكر في بعض الكتب المتخصصة.