תאוריית קופסה שחורה היא תאוריה פילוסופית ופסיכולוגית לגבי התהליך הנסתר המתרחש בתודעה של האדם, או בהמשגה מופשטת יותר - בתהליכים פנימיים וחבויים בתחומים שונים בפילוסופיה ומדעים.
קיימות מספר תאוריות קופסה שחורה, שנוסחו ויושמו במגוון תחומי עיון פילוסופיים ומדעיים. בין החשובות בהן ניתן לציין את תאוריית הקופסה השחורה של התודעה. על פי תאוריה זו, ניתן להגיע להבנה שלמה של התודעה כל עוד מוגדרים היטב קלט ופלט של החושים. הבנה כזו באה בדרך כלל בכפיפה אחת עם ספקנות קיצונית כלפי כל ניסיון לתאר כיאות את המבנה, המנגנון והדינמיקה החבויים של התודעה. למשל, לפי התאוריה הביהביוריסטית בפסיכולוגיה, על מנת להבין את השינויים ההתנהגותיים אין חשיבות להבין את ההליכים הפנימיים המתרחשים במוחו או בגופו של האדם, חשובה בעיקר ההבנה של ההשפעות הסביבתיות על האדם בהקשר אבולוציית המין (ברירה טבעית) ובהקשר ניסיון חייו (התניה אופרנטית), משום שהביהביוריזם דוגל בכלל שטוען: את ההתנהגות ניתן להסביר רק דרך השפעות הסביבה החיצונית[1], וכך, למעשה, לפתח באופן מהימן את החקר המדעי של ההתנהגות. על פי ב. פ. סקינר, מה שנמצא בתוך ה'קופסה השחורה' זהו תחום המחקר של ענפים אחרים במדע[2] (כגון פיזיולוגיה, נוירולוגיה, מדעי המוח וכדומה).
בתחומי המדעים העיוניים קיימת המשגה מופשטת יותר של המונח "קופסה שחורה". המשגה זו מתייחסת להליך של "קופסה שחורה" כפי שהוא מיושם בתהליכים חברתיים. הסוציולוג ברונו לאטור טען בנוגע להמשגה זו: "זוהי הדרך בה פעילות מדעית וטכנית מתעמעמת, בהיותה מוצלחת. כאשר מכונה מופעלת בהצלחה או עניין עובדתי בא לידי יישוב, נותרת הדרישה להתמקד בקלט ובפלט, ולא במורכבות פנימית כלשהי. כך, למרבה הפרדוקס, ככל שמצליחים המדע והטכנולוגיה, כך הם הופכים לסתומים ומעורפלים"[3].