Kvantni kaos, netehnički izraz, znanstvena je skraćenica koja se odnosi na korištenje teorije kaosa za objašnjenje kvantnih sustava. Teorija kaosa može objasniti nepravilnosti koje se javljaju u svim dinamičkim sustavima od makro do mikro razine. Te nepravilnosti uključuju pomicanje u satelitskoj revoluciji oko planeta ili nepredviđeni položaj elektrona na atomskoj razini. Kvantni sustavi su oni sustavi koji djeluju na molekularnoj razini. Uzimajući te definicije zajedno, kvantni kaos pokušava objasniti nepravilnosti u molekularnim sustavima.
Dugo vremena znanstvenici nisu bili sigurni postoji li kvantni kaos. Atomi su imali tendenciju pokazivati predvidljive valovite obrasce energije. Čini se da objekti na molekularnoj razini nisu izrazili ekstremnu osjetljivost na početne uvjete, tradicionalnu definiciju fizičkog kaosa. Čak i neki problemi koji su se pojavili mogli bi se objasniti kroz teoriju perturbacije, koja dopušta manja odstupanja u sustavu koji pokazuje uglavnom pravilno ponašanje koje se može objasniti klasičnom fizikom.
Međutim, kako su neki fizičari 20. stoljeća otkrili, ne mogu se svi događaji koji se događaju na molekularnoj razini adekvatno objasniti ili predvidjeti putem klasičnih kvantnih modela. Prema tim modelima, događaji kao što je kretanje čestica s jednog mjesta na drugo zahtijevali bi eksponencijalno rastuće količine energije koju bi bilo nemoguće generirati. Budući da je opaženo da se čestice kreću bez stvaranja te razine energije, znanstvenici su morali smisliti drugačiji način da objasne taj fenomen.
Jedan od načina na koji su znanstvenici objasnili bio je proučavanje Rydbergovog atoma. Rydbergovi atomi su atomi s visokom energijom koji pokazuju kaotično ponašanje koje se može objasniti klasičnom fizikom. Proučavanje ovih atoma pokazalo je da sustavi u kojima je uključen kvantni kaos imaju visoko korelirane razine energije. Razine energije čestica nisu nasumično raspoređene kao u klasičnim molekulama. Događaji jednog podsustava neraskidivo su povezani s događajima drugog podsustava. Kao rezultat toga, energetski spektar se može koristiti za barem djelomično objašnjenje ponašanja tih čestica.
Druga metoda bila je promatrati situacije u kojima je klasična fizika mogla objasniti nepravilnosti u velikim sustavima. Mehanika iza njihanja u mjesečevoj orbiti oko Zemlje zbog gravitacijske sile Sunca korištena je za stvaranje statističkog mjerenja koje je pomoglo objasniti i predvidjeti ponašanje niskoenergetskih čestica. Dok klasični modeli u fizici ne mogu adekvatno objasniti ponašanje ovih kaotičnih molekularnih sustava, zanimljivo je da kvantni kaos koristi te modele kao polaznu točku za stvaranje novih modela za daljnje razumijevanje ovih sustava.