통계학의 연구는 연구 형태에 따라 새로운 통계적 방법론을 개발하고, 새로운 통계적 방법론의 컴퓨터에서의 구현과 이론적 성질을 규명하는 방법론적 연구와 복잡한 데이터에서 통계적 방법론들을 이용하여 정보를 추출하는 데이터 분석 연구로 크게 나눌 수 있다.
통계적 방법론에 따라 연구분야들은 함수추정, 비모수추론, 통계적학습 혹은 기계학습, 통계계산, 시계열 및 공간통계, 선형모형 및 일반화선형모형, 베이즈통계, 다변량통계, 표본설계, 실험계획법, 확률론 등으로 나뉘고, 응용분야에 따라서는 생물통계, 경제통계, 공업통계, 환경통계, 공식통계, 사회통계 등으로 나뉜다.
통계학은 이론과 응용을 넘나들면서 각자의 적성과 취향에 따라 전공분야를 선택할 수 있는 학문적 특성을 갖고 있다.