확률 최적 제어는 시스템의 상태와 제어 입력에 확률적 요소가 포함된 상황에서 최적 제어 전략을 찾는 이론이다. 상태 공간에서의 확률적 동적 시스템을 모델링하고, 특정 목적 함수를 최소화 또는 최대화하는 제어 방법을 제안한다. 대표적인 문제로는 선형-이차 확률 최적 제어(Linear-Quadratic Stochastic Control, LQG)가 있다.

이 접근법은 공학 시스템에서 센서 노이즈나 모델 불확실성을 고려한 최적화 문제를 해결할 때 유용하다. 예를 들어, 항공기의 비행 경로를 제어할 때, 공기의 흐름과 같은 외부 환경이 확률적으로 변동하기 때문에 이를 고려한 최적의 제어 전략을 세울 수 있다.