Một không gian xác suất (Ω, F, P) là một không gian được trang bị một độ đo với độ đo toàn thể bằng 1 (nghĩa là P(Ω)=1).

Thành phần đầu, Ω (xem không gian mẫu), là một tập không rỗng, với các phần tử thường được biết như là các "kết quả" hay "trạng thái tự nhiên" (ví dụ trạng thái sấp hay ngửa của đồng tiền,...). Một trạng thái tự nhiên luôn tồn tại với một xác suất nào đó. Một phần tử của Ω thường được ký hiệu bởi ω.

Thành phần thứ hai, F, là một tập hợp mà các phần tử của nó được gọi là các sự kiện (event). Các sự kiện là các tập con của Ω. Tập F phải thỏa mãn một vài điều kiện, đặc biệt nó phải là một σ-đại số. Cùng với nhau, Ω và F tạo thành một không gian đo được. Một sự kiện là một tập hợp các kết quả hay trạng thái tự nhiên mà ta có thể xác định xác suất của nó.

Thành phần thứ ba, P, được gọi là "độ đo xác suất", hay "xác suất". Nó là một hàm số từ F vào tập số thực, cho tương ứng mỗi sự kiện với một xác suất có giá trị nằm giữa 0 và 1. Nó cần thỏa mãn các điều kiện, đó là nó phải là một độ đo và P(Ω)=1.

Các độ đo xác suất thường được viết đậm có gạch, ví dụ P {\displaystyle \mathbb {P} } hay Q {\displaystyle \mathbb {Q} } . Khi chỉ có một độ đo xác suất được đề cập trong bài, nó thường được ký hiệu là Pr, nghĩa là "probability of...".