Stochastyczne równanie różniczkowe (SDE) to równanie różniczkowe, w którym co najmniej jeden z jego członów reprezentuje proces stochastyczny; dlatego rozwiązanie takiego równania również jest procesem stochastycznym. SDE mają wiele zastosowań w czystej matematyce, są także wykorzystywane do opisu różnych procesów stochastycznych, takich jak ceny akcji, losowe modele wzrostu, fluktuacje termiczne (np. ruchy cząstek materii w zawiesinie, zwane ruchami Browna) w układach fizycznych, proces ekspresji genów w komórkach organizmów.
SDE mają losową różniczkę. Różniczka ta reprezentuje np. losowy biały szum (który jest obliczany jako pochodna ruchu Browna) lub proces skokowy, np. procesy Lévy'ego lub semimartingalia ze skokami (por. martyngał). Losowe równania różniczkowe są sprzężone ze stochastycznymi równaniami różniczkowymi.
Stochastyczne równania różniczkowe można również rozszerzyć na rozmaitości różniczkowe.