由大量具有空間離散、分佈規則的離散變數組成，描述某類系統演化特點的理想模型。元胞自動機系統中的子系統稱為元胞。
元胞自動機的構成特點是：系統演化的時間是離散的，子系統的狀態取值是離散的，子系統的空間分佈是離散的，子系統之間的聯繫是局域的。按照元胞的分佈，分為一維、二維、三維元胞自動機等類型。在局域演化規則中，由幾個元胞決定該元胞的下時刻狀態，就稱其為幾輸入元胞自動機。每個元胞隻有兩個可能狀態是最最簡單的元胞自動機，通常是討論這類元胞自動機。一維兩輸入兩元胞狀態的自動機隻有16種，一維三輸入兩元胞狀態的自動機就增加到156種。主要研究的是一維元胞自動機。
元胞自動機和遺傳算法、神經網絡等共同構成研究復雜系統演化的主要方法，在分析研究系統整體與局部、宏觀與微觀的關系上，提供瞭一種實際的分析方法，也給出瞭一種能夠湧現整體新性質的具體模型。