系统分析指以系统总体最优为目标，对系统的各个方面进行的定性和定量的分析。它是一个有目的、有步骤的探索和分析过程，给决策者提供直接判断和决定最优系列方案所需的信息和资料。系统分析人员使用科学的分析技术和工具，对系统的目的、功能、环境、费用和效益等进行充分的调查研究，并收集、分析和处理有关的资料和数据，据此在若干替代方案中建立必要的模型或进行仿真实验，把计算、实验和分析的结果同早先制订的计划进行比较和评价，最后整理成完整、正确与可行的综合资料，作为决策者选择最优系统方案的主要依据。系统分析的要素很多，归纳起来有如下几个方面。
(1)目的。这是系统分析的首要工作。主要有：分析建立系统的根据是否正确可靠；分析和确定建立系统的目的；分析和确定为达到系统目的所必须具备的系统功能和技术条件；分析系统所处的环境和约束条件。
(2)方案。为了达到预定的系统目的，可以制定若干可供选择的方案，通过分析和比较，从中选择出最优系统方案，这是系统分析必不可少的一环。
(3)模型。为了在未曾建立实体系统之前，就能预测系统的有关功能和相应的技术参数，作为今后系统结构设计或评价技术经济指标的依据，可以用一定的系统模型来达到目的。在系统分析中，以建立图像模型和数学模型为主来计算和分析各种方案。
事实上，系统分析就是将数学应用到各种系统的研究中，它的基本想法是：对于要研究的系统建立起一个数学模型，然后把一种数学分析运用到这个数学模型，再把分析的结果应用到原来的系统中。
建立数学模型及解释分析得到的结果需要极丰富的经验。通常借助一台计算机进行数学分析，很难行得通。手续是如此之复杂，以致通常对一个特定系统的系统分析，有必要要有一个单独的系统分析。过程的各特殊部分通常由不同的人去完成。理想的情况是，要在数学分析、建立数学模型以及解释所得到的结果之间能够彼此交互作用、互相影响。
这样，系统分析也是应用数学的一部分。系统分析与传统应用数学的区别在于：被研究的系统里经常包含人在内。由于有人在场以及把结果应用到有人的系统中，这就带来很大的复杂性。
系统为方便起见也可以把一个特定系统的研究分成六个部分：结构、描述部分、判断者、执行者、控制及目标。在各部分与分析每个部分所用到的数学技巧之间有大量的相互联系。一个系统的每个部分通常又依赖于其他部分。
没有一种数学方法是带根本性的。每种数学技巧都是重叠的。这意思是说，对同一系统可以采用许多种数学方法去研究它。
例如，在描述一个系统时，可以采用输入输出模型，或者采用内部机构的运转描述，或者两者都采用。在研究判断者的时候，主要要点在于鉴定当时谁在采取那一种判断。在研究执行者的时候，就包含了组织的问题。结构也可能是各种各样的。控制的技巧也是多样化的。必须做的是去决定采用什么技巧以及谁将执行它。最后，一个系统有几个目标，重要的是把它们连成一片。
要着重指出，所有这些都是相互联系的。例如，描述部分就常常依赖于目标。
典型的数学方法同一个系统可以提出许多数学模型，这里有很大的选择余地，确定性的、随机性的或者适应性的模型都可以采用。
对于描述部分及目标和各种选择就引导到线性规划或非线性规划。如果有足够的时间去采用连续变量的话，就会出现变分法的问题。由于考虑到作判断，就引出动态规划问题。考虑到控制，又会产生许多控制论的问题。承认控制需要时间这一事实，就产生时滞问题。
由于考虑到随机特性又要引出许多概率论的问题。作为一个特殊情况，概率论与动态规划结合就产生马尔可夫判定过程。
数据流动的问题引出了列表论中一些著名的问题。这些问题是非常困难的，对这方面尚无任何研究。
以上只谈到一般纲要性的内容，还有许多特殊问题是从考虑一个系统的特性而引起的。
典型问题使用上述的方法以及下面提到的模拟法，就可以研究许多问题。特别是，可以研究下述诸问题：数据流动、妇女地位的改变、规模对实施的影响、集中化与分散化、能量的流动、不同的人对所作判断的影响、各种可能的组织结构、组织结构的稳定性、各系统之间的相互作用、罕见的情形、偶然事件、训练程序和数据显示等。
模拟在采用常规的数学技巧时，有三个主要困难，即维数、“硬”和“软”的变数同时存在，以及目标之间的冲突。维数表示在描述一个系统时可能含有许多状态变量。这个特点引起了许多严重的困难，但它们可以用各种技巧去克服并予以解决。
更加严重得多的是出现硬变数和软变数以及它们的各种组合。例如，在商业的研究中，雇员的人数是硬变数，而管理质量是软变数。在精神病医院的研究中，每年的病人数目是一个硬变数，而社会的状态是一个软变数。在对一所大学的研究中，大学生的人数是一个硬变数，而教学质量是一个软变数。硬变数和软变数可以用L•沙代所创立的模糊系统的理论来处理。
在大多数情形中是存在多个目标的。在许多场合下，这些目标是部分地或整体地冲突的。因此，不能简单地写下一个单独的实施判据。幸而，这些问题可以用模拟方法进行研究。模拟容许在极短时间内去研究各种可能性，而不干扰到系统或者系统所涉及的人。
结论大系统的理论是需要的，因为社会是由大系统组成的，情况更是如此。对大系统有一个了解，这对于继续生存下去是很重要的，如果不去应用它，控制论也就无用了。一些典型的大系统是经济、教育、都市系统、运输、能源及环境。这些系统并不是独立的，这就使得结合在一起的问题更为有趣和更加困难。
例如，环境问题主要是使用能源而产生的结果。如果执行一个对环境标准的、更加严格的政策的话，这些环境问题就可以被缩小或者甚至完全被消除。但是，由于技术上的限制，一个过分严格的政策将要使社会的正常机能瓦解、秩序混乱以至经济困难。因此，能源、环境和经济是密切地交织在一起的。而且，政府的政策强烈地影响这些互相联系在一起的系统。
然而，由于计算机时代的促进，使得在系统分析中使用定量技术得到了迅速发展。但在某些大系统中使用计算机的效果是不显著的，特别是对那些涉及或依赖于人的认识、判断及执行决定——譬如信息的条理化和大系统的管理。能源、环境与经济的内部联系与政府及地方的政策构成这方面的一个典型例子。
——摘自《安全科学技术百科全书》（中国劳动社会保障出版社，2003年6月出版）
一种研究在自然环境条件下受人控制和影响的，有目的运行系统的机理的分析。系统分析研究的主要内容是：(1)定量描述系统的运行经济效果的方法；(2)寻找系统内部及外部环境之间的相互作用机理，并构成相应的数学—逻辑模型的方法；(3)系统的最优构成与控制方法。系统分析的基础是系统理论、运筹学、信息论、控制论、经济学、计算机软件技术等，它的应用在向能源、环境保护、生态等复杂的社会经济领域扩展。
系统分析的要素有：建立系统的目的和要求；系统设计方案的比较；系统经济性分析；系统模型的建立；系统的评价基准。
——摘自《安全工程大辞典》（化学工业出版社，1995年11月出版）