Zowel theoretische als empirische studies bekrachtigen het idee dat het samenspel van eenvoudige natuurwetten, de chemie en de biologie buitengewoon complex systeemgedrag kan voortbrengen. De 'complexiteitstheorie' projecteert een visie op de natuur die, hoewel in wezen deterministisch, radicaal non-lineair is en vol verrassingen zit. Zie hierover aflevering 10 van het artikel ‘Eindspel: de economie als ecologische ramp en wat er moet veranderen’ in de rubriek Economie.
Dynamische systemen zoals het klimaat en ecosystemen zijn onderhevig aan strikte regels, zodat de toestand van het systeem op een bepaald moment ook de toekomstige toestand van het systeem bepaalt. Maar bij het modelleren daarvan merken de analisten dat de toestand van het model na slechts enkele stappen geen duidelijke relatie meer vertoont met de overeenkomstige externe werkelijkheid. Het samenspel van zelfs strikt deterministische wetten brengt gedragspatronen voort die inherent onvoorspelbaar zijn, zelfs bij een vrijwel perfecte kennis van de begintoestand van het systeem.
Dit probleem wordt 'gevoelige afhankelijkheid van beginwaarden' genoemd en het gedrag dat dit in zowel modellen als reële systemen (zelfs eenvoudige) veroorzaakt, heet 'chaos'. Chaos is een algemeen gegeven, net zo gewoon als het eenvoudige gedrag dat door de traditionele natuurkunde zo hogelijk gewaardeerd wordt.
Een tweede hiermee samenhangend verschijnsel is de onverwachte, dramatische (dat wil zeggen 'catastrofale') verandering die kan optreden in voorheen stabiele systemen die onder druk staan. Belangrijke variabelen van complexe systemen, met inbegrip van ecosystemen, kunnen aanzienlijk variëren binnen brede domeinen of 'bassins' van stabiliteit. Wij hebben geleerd dat een variabele binnen deze domeinen gewoonlijk naar een zwaartepunt zal neigen dat een ‘aantrekker’ wordt genoemd. Aanvankelijk zagen modelleerders aantrekkers als voorspelbare afzonderlijke evenwichten (puntaantrekkers) of als zich herhalende cycli (periodieke aantrekkers). De variabele van een chaotisch systeem kan echter een complex patroon van individueel onvoorspelbare paden volgen die samen een 'vreemde aantrekker' vormen, aangezien de interne terugkoppeling de interne dynamica van het systeem voortdurend verandert. Een chaotisch systeem zal niettemin zijn algemene structuur en gedrag behouden zolang de belangrijkste variabelen onder invloed blijven van hun gebruikelijke aantrekkers. Zie verder bij hachelijke economisch-ecologische situatie.