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En teoría de probabilidad, el espacio de muestreo o espacio de muestreo universal, a menudo denotado por S, Ω o U (por "universo"), de un experimento oensayo aleatorio es el conjunto de todos los posibles resultados. Por ejemplo, si el experimento consiste en lanzar una moneda, el espacio de muestreo es elconjunto {cara, cruz}. Para lanzamientos de un único dado de seis caras, el espacio de muestreo es {1, 2, 3, 4, 5, 6}. Cualquier subconjunto del espacio demuestreo se suele llamar suceso, mientras que los subconjuntos del espacio de muestreo que contengan un único elemento se llaman suceso elemental.
Paraalgunos tipos de experimento puede haber dos o más espacios de muestreo posibles. Por ejemplo, cuando se toma una carta de un mazo normal de 52 cartas, unaposibilidad del espacio de muestreo podría ser el número (del as al rey), mientras que otra posibilidad sería el palo (diamantes, tréboles, corazones ypicas). Una descripción completa de los resultados, sin embargo, especificaría ambos valores, número y palo, y se podría construir un espacio de muestreo quedescribiese cada carta individual como el producto cartesiano de los dos espacios de muestreo descritos.
Los espacios de muestreo aparecen de formanatural en una aproximación elemental a la probabilidad, pero son también importantes en espacios de probabilidad. Un espacio de probabilidad (Ω, F, P) incorporaun espacio de muestreo de resultados, Ω, pero define un conjunto de sucesos de interés, la σ-álgebra F, por la cuál se define la medida de probabilidad P.