קופסה שחורה היא דימוי של מערכת המשמש רבות במדעי הטבע, הנדסה ושאר המדעים, כמו גם בפסיכולוגיה. בעיקר בביהביוריזם. דימוי הקופסה השחורה מסייע בפישוט הבדיקה של מצבי הגירוי והתגובה, הקלט והפלט של המערכת, במיוחד כאשר מנגנוני ההפעלה (המוח במקרה של הדיון הפסיכולוגי), הם מנגנונים מורכבים וקשים לבחינה. בחקירה הביהביוריסטית המנגנונים המצויים בין הגירוי לתגובה אינם נגישים ולפיכך מתייחסים אליהם כאילו היו בתוך קופסה שחורה, בלתי נראים אלא דרך המתחולל במבוא ובמוצא.