La autoorganización es un proceso en el que alguna forma global de orden o coordinación surge de las interacciones locales entre los componentes de un sistema inicialmente desordenado. Este proceso es espontáneo: no está dirigido ni controlado por ningún agente o subsistema dentro o fuera del sistema; sin embargo, las leyes seguidas por el proceso y sus condiciones iniciales pueden escogerse o ser causadas por un agente. El proceso es generalmente desencadenado por fluctuaciones aleatorias que son amplificadas por realimentación positiva. La organización resultante está completamente descentralizada o distribuida sobre todos los componentes del sistema; esta organización resulta típicamente muy robusta, capaz de sobrevivir y auto-reparar daños o perturbaciones sustanciales.

La autoorganización se da en una gran variedad de fenómenos físicos, químicos, biológicos, sociales y sistemas cognitivos. Ejemplos comunes son: la cristalización, la emergencia de patrones de convección en un fluido, osciladores químicos, la mano invisible de la economía, enjambres de grupos de animales y el modo en que la red neuronal aprende a reconocer patrones complejos.