فرایند تصادفی به مجموعه‌ای از متغیرهای تصادفی گفته می‌شود که بر اساس یک شاخص زمانی یا مکانی مرتب شده‌اند و مقدار آنها در هر نقطه تابعی از احتمالات است. این مفهوم در آمار و نظریه احتمال برای مدل‌سازی پدیده‌هایی به کار می‌رود که رفتار آینده آنها قطعی نیست و تحت تأثیر شانس قرار دارند.
این فرایندها می‌توانند گسسته یا پیوسته باشند؛ برای مثال، تعداد مشتریان یک فروشگاه در طول روز یک فرایند تصادفی گسسته است، در حالی که تغییرات قیمت سهام در طول زمان نمونه‌ای از فرایند پیوسته است. ویژگی اصلی فرایند تصادفی این است که نتایج آن قابل پیش‌بینی قطعی نیست اما می‌توان توزیع احتمالی و رفتار آماری آن را تحلیل کرد.
کاربرد فرایند تصادفی در علوم مختلف گسترده است و در مدل‌سازی رشد جمعیت، بازارهای مالی، سیستم‌های صف و مهندسی نقش مهمی دارد. شناخت این فرایندها به پژوهشگران و تصمیم‌گیرندگان کمک می‌کند تا رفتار سیستم‌های پیچیده را با استفاده از شبیه‌سازی و تحلیل آماری پیش‌بینی کنند.