קופסה שחורה היא דימוי של מערכת המשמש רבות בהנדסה לניתוח פעילות של התקנים שונים, תוך התבססות על נתוני המבוא והמוצא (קלט/פלט) שלהם. במונח קופסה שחורה הכוונה, שבחינת המערכת מתעלמת במכוון מאופן הפעולה הספציפי והמפורט של מנגנוני ההפעלה כאילו היו נתונים בקופסה שחורה ולא ניתנים לצפיה, אם לצורך פישוט הדיון ואם מתוך שאין עניין באופן בפעולה ספציפי זולת ערכי המבוא והמוצא.
לדוגמה, מגבר אלקטרוני יכול להיות בנוי ממעגלים אלקטרוניים רבים ומורכבים בעלי כמה דרגות הגברה, עם זאת, לבדיקת שיעור ההגברה, אין כל עניין במבנה הספציפי כי אם רק ביחסים של המוצא למבוא.