עץ החלטות (Decision Tree) הוא ייצוג גרפי של תהליך קבלת החלטות הדומה למבנה דמוי עץ. בהקשר של בינה מלאכותית ולמידת מכונה, עצי החלטה משמשים למשימות סיווג ורגרסיה. הם עוזרים לפרק תרחישי החלטה מורכבים לסדרה של בחירות פשוטות יותר, עוקבות המבוססות על תכונות קלט. כל צומת בעץ מייצג החלטה או בדיקה על תכונה, מה שמוביל לענפים שונים שבסופו של דבר מביאים להחלטה או חיזוי. עלי העץ מחזיקים בתווית הכיתה הסופית או הערך החזוי.
עצי החלטה הם מודלים אינטואיטיביים וניתנים לפירוש המספקים תובנות לגבי תהליך קבלת ההחלטות של אלגוריתם למידת מכונה. הם שימושיים במיוחד כאשר מתמודדים עם תרחישי החלטה מורכבים הכוללים משתנים ותנאים מרובים. בניית עץ החלטות כרוכה בבחירת התכונות הטובות ביותר והפיצולים האינפורמטיביים ביותר כדי למקסם את דיוק הניבוי. אלגוריתמים פופולריים לבניית עצי החלטה כוללים ID3, C4.5, CART ויערות אקראיים.
