由于研究人员观察的角度不同，研究的重点不同，任何一门科学都会出现各个相互联系而又有区别的分支。统计学也不例外，大致有以下两种分类。

理论统计学与应用统计学

理论统计学是统计学的数学基础，它扎根于数学的一个领域——概率论，此外还包括一些并不属于传统概率论的内容，如随机化原则的理论、各种估计的原理、假设检验的原理以及一般决策的原理。在统计实践中常常会遇到一些新问题，原有的统计方法不适用，需要统计学家针对新问题去建立一个与实际情况相适应的统计模型，创建新的统计方法去分析，这就要靠统计理论来指导。理论统计学也常被称作数理统计学（mathematical statistics）。

与理论统计学相对应的是应用统计学，将统计学的基本原理应用于各个领域就形成了各种各样的应用统计学。它包括一整套统计分析方法，有的是一般性的统计方法，适用于各个领域，如参数估计、相关与回归等；有的则是某一专业领域中特有的分析方法，如统计过程控制中的控制图等。这类统计学的特点是不着重于统计数学原理的推导，而是着重于阐明统计的思想，并将理论统计学的结论作为工具应用于各个具体领域。

描述统计学与推论统计学

描述统计学是研究如何对构成研究对象的总体全面逐一地进行调查以及数字的计量、概括、表示的方法。有些客观现象的数字计量比较简单，如人的身高、体重等，而另一些比较复杂，如居民生活费的变动，会涉及很多方面，因此需要确定一系列反映客观现象数量特征的范畴，即统计指标体系。此外，刚刚收集到的数据往往杂乱无章，需要对其提炼加工，分门别类进行整理，再通过一些图表醒目地表达出来。这些都是描述统计学所要研究的内容。推论统计学也称归纳统计学或推断统计学，它研究如何根据样本的部分数据去推论总体的情况。因为对客观现象收集数据时，有时不可能对全部个体做调查，即使有时可以调查但工作量也太大，故通常采取抽取部分样本来进行研究，从而对总体作出推论。虽然样本只是总体的一部分，包含的信息不完备，而且随机抽样必然会出现误差，从而导致对推论的可靠与否要冒一定的风险，但是推论统计学根据概率论的原理可以使推断所产生的不确定性得到控制，所获得的结论一定是对于现有样本的“最佳”的统计结论。

所以说，描述统计学是推论统计学的基础，而推论统计学则是描述统计学的深化和发展。