1961 kışında, MIT'de hava tahmini üzerine çalışan Edward Lorenz, masasındaki Royal McBee LGP-30 bilgisayarında bir simülasyonu daha hızlı yeniden çalıştırmak istedi. Önceki çıktıda yer alan 0,506127 değerini elle girerken üç haneyi kesip 0,506 yazdı; çıkardığı küçük fark, dakikalar içinde tamamen farklı bir hava deseni üretti. Lorenz bu sapmanın bir hesaplama hatası olmadığını, modelin kendisinin doğasında bulunduğunu fark etti — bugün "başlangıç koşullarına hassas bağlılık" olarak bilinen özellik.

1963'te Journal of the Atmospheric Sciences'ta yayımladığı "Deterministic Nonperiodic Flow" makalesi bu davranışı üç değişkenli, oldukça yalın bir denklem sistemiyle ortaya koydu. Sistemin çözümleri faz uzayında kendini hiç kesmeden, hiç tekrar etmeden dolanıyor, fakat sınırlı bir bölgeden — sonradan "Lorenz çekicisi" adıyla anılacak iki kanatlı bir geometri — dışına çıkmıyordu. Determinizmin kaderciliğine ve rastlantısallığın anarşisine karşı üçüncü bir kategori doğdu: kuralları kesin olmasına rağmen pratikte öngörülemeyen sistemler.

1972'de Lorenz'in bir American Association for the Advancement of Science toplantısı için sunduğu konuşmanın başlığı bu fikre günlük dilde unutulmaz bir biçim verdi: "Predictability: Does the Flap of a Butterfly's Wings in Brazil Set Off a Tornado in Texas?" Kelebek etkisi olarak bilinen bu metafor, 1975'te Benoît Mandelbrot'un fraktal geometrisi, aynı dönemde Mitchell Feigenbaum'un periyot ikilemesi sabitleri ve 1980'lerin başında James Yorke'un kaos terimini popülerleştirmesiyle birlikte yeni bir bilim dalının çekirdeğini oluşturdu.

Kaos teorisi, hava tahmininin pratik sınırını matematiksel olarak göstermekle kalmadı; ekoloji popülasyonlarındaki ani çöküşleri, kalp aritmilerini, akışkanlar türbülansını, finansal piyasaları ve gezegen yörüngelerinin uzun vadeli istikrarsızlığını aynı dille okumayı mümkün kıldı. Newton'un saat gibi işleyen evren tasviri, yerini kendi denklemlerine sadık ama yine de tahmin edilemeyen bir doğa anlayışına bıraktı.