Больцмановский мозг — это гипотетический объект, точные форма и свойства которого неизвестны, но он должен быть по своим свойствам подобен человеческому мозгу. Этот объект самопроизвольно, собравшийся во Вселенной (не в результате эволюции, а просто атомы случайно так самоорганизовались), и способный осознавать своё существование. Вероятность такого события по некоторым оценкам даже превышает вероятность появления обычного человеческого мозга в ходе эволюции, а также точно превышает вероятность формирования Солнечной системы и галактик.
В научной фантастике примером Больцмановкого мозга является разумный океан в романе "Солярис" польского фантаста Станислава Лема.
Возникает парадокс: почему мы видим менее вероятные объекты, но не видим Больцмановский мозг. Он имеет несколько объяснений: либо его не существует и его предсказание ошибочно, либо во Вселенной сейчас неподходящие условия для его формирования, и он будет появляться в более поздние эпохи, либо же Больцмановский мозг имеет огромные масштабы, сравнимые с размерами видимой вселенной, и мы находимся внутри него, и не можем заметить. Последнее является одной из гипотез о Вселенной как о гигантском самосознающем существе, частью которого является человечество.