Uma caixa preta, em ciência e engenharia, é uma caixa cujo funcionamento interno não é conhecido.

É um dispositivo, sistema ou objeto com entrada e saída. Não há conhecimento de seu funcionamento interno. O seu funcionamento é "opaco" (preto). Quase tudo pode ser referido como uma caixa preta: um transistor, um algoritmo, ou o cérebro humano.

Ashby expõe que o termo surgiu quando foi necessário tomar uma decisão sobre a abertura de uma caixa de engenharia. A questão era se a caixa deveria ser devolvida para conserto, ou apenas raspada. Isto poderia ser decidido sem abrir a caixa? Pode haver muitas razões pelas quais um sistema complexo não pode ser reparado no campo, e até mesmo a abertura de alguns sistemas é um grande problema. A questão também vem à tona na cirurgia de pacientes com danos cerebrais. Quanto mais isso puder ser descoberto antes de operar, melhor. p86

O oposto de uma caixa preta é um sistema onde os componentes internos ou a lógica podem ser vistos. Às vezes é conhecida como caixa transparente, caixa de vidro ou caixa branca.