Черна кутия е термин, използван в различни области на науката и техниката за описване на компонент от дадена система, който се разглежда само по отношение на неговите „вход“ и „изход“.
Обикновено се приема, че съществува функционална зависимост между „входа“ и „изхода“, а вътрешното устройство, начинът на работа и моментното състояние на съответния компонент не са известни и не са съществени за целите на конкретната задача.
Този подход е особено полезен, когато даденият компонент е прекалено сложен и за конкретната цел може да се приложи опростяване. Друго приложение е, когато начинът на работа на компонента е неизвестен или е обект на изследване. Много често този подход всъщност дори води до по-прецизни резултати в сравнение със строго аналитичния подход, тъй като обикновено съществуват много неизвестни фактори.
Терминът черна кутия е дефиниран в някои науки като системотехника, кибернетика и физика, но на практика е изключително популярен в най-разнообразни области от науката, практиката и дори в обикновеното ежедневие. Всичко може да се разглежда като черна кутия - било то реално устройство, уред или машина, алгоритъм, организъм, социална група и т.н.
Прост пример е обикновената чешма. За ежедневни нужди е достатъчно да знаем, че чрез завъртане на кранчето (вход) можем да управляваме дебита на водата (изход) без да се интересуваме от конкретното устройство, използваните материали или механиката на флуидите, описваща движението на водата. В по-усложнен вариант имаме два входящи (кранчета за студена и топла вода) и два изходящи параметъра: дебит и температура. За да се научим да управляваме въпросната черна кутия, не ни е необходимо да навлизаме в подробностите на конструкцията на чешмата и теорията на флуидите.