الإحصاء الرياضي هو تطبيق نظرية الاحتمالات ومفاهيم رياضية أخرى على الإحصاء، على عكس تقنيات جمع البيانات الإحصائية. تشمل التقنيات الرياضية المحددة المستخدمة بشكل شائع في الإحصاء التحليل الرياضي، والجبر الخطي، والتحليل العشوائي، والمعادلات التفاضلية، ونظرية القياس.