ボルツマン脳（ボルツマンのう、英: Boltzmann brain）は、現代科学が想定しているように宇宙が生まれるよりも、単一の脳が自発的かつ簡潔に（私たちの宇宙に存在したという誤った記憶を持った状態で）真空から生じた可能性の方が高いという主張である。宇宙の低エントロピー状態に対するルートヴィッヒ・ボルツマンの初期の説明に対する「帰謬法」として初めて提案された。 この物理学的思考実験において、ボルツマン脳は完全な形の脳であり、 熱力学的平衡状態からの非常にまれなランダムな揺らぎのために発生し、私たちの宇宙での人間としての生活の完全な記憶を備えている。理論的には数千億年の期間を経て、たまたま真空中の原子が自然に集まり、人間の脳（あるいは未知の知的生命体の脳）が組み立てられる可能性がある。そのような状況におかれた脳は、生命維持に必要な要件を満たさないため、ほとんどすぐに機能を停止し、崩壊し始める。