1961年冬季的一天，罗伦兹在计算机上进行关于天气预报的计算。他发现天气变化同上一次的模式迅速偏离，在短时间内，相似性完全消失了。进一步的计算表明，输入的细微差异可能很快成为输出的巨大差别。

罗伦兹很快意识到这意味着完美的天气预报只不过是一种幻想。 蝴蝶效应对预测提出了明显的挑战，因为永远无法完全准确地知道诸如天气之类的系统的初始条件。

“蝴蝶效应”是指在一个动力系统中，初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期而巨大的连锁反应。这是一种混沌现象，“一只蝴蝶在巴西轻拍翅膀，会使更多蝴蝶跟着一起振翅。最后将有数千只的蝴蝶都跟着那只蝴蝶一同挥动翅膀，其所产生的飓风可以导致一个月后在美国德州发生一场龙卷风。

“这些系统是变化的，就是动态的，它们会随时间而改变。尽管事物所遵循的定律不会改变，然而事物本身却会变化。棋类游戏中有各种各样的牌局，或者遵循万有引力定律的棒球、行星和星系的运行轨迹，都说明了这一点：少数规则或定律能够产生复杂的系统，而且以不断变化的形式引起恒新性（perpetual novelty）和新的涌现现象。”

协同效应，体现在处理由许多子系统组成的系统，这些子系统可能具有完全不同的性质，例如电子、原子、分子、细胞、神经元、机械元件、光子、器官、动物甚至人类。研究这些子系统的合作如何在宏观尺度上产生空间、时间或功能结构。特别是，注意力将集中在这些结构以自组织方式出现的那些情况，寻找支配这些自组织过程的原则，而不管子系统的性质如何。赫尔曼从物理学到社会学的各个领域中无序——秩序或秩序——秩序转变的典型例子，并提出了基本概念和数学方法。