古尔德的论证主要依赖的是激变事件的作用—比如外来星体对地球的影响。但这并不是将偶然性引入历史的唯一方式。因为持“混沌理论”的人已经证明，自然界是不可预知的，即使没有陨石的出现，想要精确预测自然界活动几乎不可能。

在数学家、气象学家和其他人对“混沌”的现代用法中，这个词并不意味着混乱无序，也不是指自然界毫无法则可言。它的意义在于说明那些法则之复杂让我们实际上不可能作出精准的预测，因此身边发生的许多事情看上去似乎都是随机或杂乱无章的。如伊安·斯图尔特所说，“上帝可以一边掷骰子，一边创造出一个有着完整法则和秩序的宇宙”，因为“即使是简单的等式，也能产生复杂得难以测算的运动，以致我们觉得这些运动是混乱的”。准确地说，混沌理论涉及的是决定论体系中的可能性（即看似随机的）行为。

这个现象在最初只吸引了法国数学先驱亨利·庞加莱的追随者们。庞加莱坚持认为，如果一个数学系统中反复不断地出现一种变化，周期性也终将出现；但斯蒂芬·斯梅尔等人逐渐意识到，有些多维度动力系统不会停留在庞加莱就两个维度所确定的四种状态里。用庞加莱的拓扑映射法有可能识别出这类系统常常会出现的大量“奇异吸引子”（比如康托尔集合）。这些系统的“奇异”就在于我们很难把握它们的行为。由于它们对初始条件极度敏感，我们要对它们作出精确的预测，必须要准确了解其起点，而这几乎是不可能做到的。换句话说，看似随机的行为实际上不完全是随机的—它们只是没有作线性运动：“即使我们的理论是种决定论，也只有那些在初始条件微变的情况下也能保持稳定的行为才能进行复验。不是所有的预测都能做到这一点。”从理论上讲，我们掷硬币时如果准确地知道硬币下落速度和每秒的转速，就可以提前知道结果，但实际上这是相当困难的—更复杂的运动过程的计算难度就可想而知了。所以尽管宇宙在概念上仍旧是决定论的，但“所有决定论都难说明问题。我们最多只能做到可能性的说明……因为我们太过愚钝，无法看清它的结构”。

混沌理论的应用很广泛（派生物也相当多）。首先就是经典物理学中的“三体”问题—两个同样大小的天体对一粒灰尘有着难以预知的引力作用。实际上，土卫七绕土星运行轨道看似随意就是天文学家发现的一个例子。混沌理论也应用于液体与气体中的湍流，米切尔·费根鲍姆对此极感兴趣。伯努瓦·曼德勃罗在其著作《自然的分形几何学》（The Fractal Geometry of Nature）中发现了其他的混沌模式。按照他的定义，一个分形体（fractal）“总是在极为广泛的尺度上展示具体的结构”—就像费根鲍姆的“无花果树”那样。爱德华·洛伦茨对于热对流和天气的研究为混沌理论提供了典型实例之一：他用“蝴蝶效应”来概括气候对于初始条件极为敏感的特点（意指一只蝴蝶现在扇动翅膀，在理论上可以决定下周是否有场飓风袭击英格兰的南部）。换句话说，大气状态的小小波动会导致重大结果—因此，即使用最先进的电脑也不可能准确地预报4天以后的天气。罗伯特·梅等人在研究昆虫与动物数量的波动中也发现了混沌模式。从某种意义上说，混沌理论最终证明了很久以前马可·奥勒留和亚历山大·蒲柏直觉到的事情：即使世界看上去是“偶然形成的”，它仍然具有一个“规律且美丽”的（哪怕是难以理解的）结构。“整个自然都是艺术，不过你还不知道；一切偶然都已规定，只是你无法看清。”