现代统计学已发展一门多分支的科学，并且仍处于不但发展的过程中。根据研究的侧重点不同，人们通常将统计学划分为理论统计学和应用统计学两个大类。
统计理论学是指统计学的数学原理，它根植于纯数学的一个领域——概率论。从广义上说，统计理论可以认为是包括概率论的，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，这些原理可以看成是概率论公理的扩增。
与理论统计学相对应的是应用统计学。在统计实践中常常会遇到一些新问题，使原有的统计方法不适应，需要统计学家针对新问题去建立一个与实际情况相适合的统计模型，创造新的统计方法去分析。将统计学的基本原理应用于各个领域就形成各种各样的应用统计学。由于统计的工具更加专门化了，它们就缺少通用性，要求一个统计学家熟悉所有的专门工具已不可能。为了适应这种发展的需要，即熟悉统计知识又熟悉某一领域业务的应用统计学家就应运而生，同时也产生了相应的应用统计学。这类统计学的特点是不着重于统计数学原理的推导，而是侧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。
以上两种统计学也不是完全互相割裂的，相互之间存在一定的联系。理论统计学和应用统计学之间是一种相互促进、共同发展的关系。