Phân tích quyết định (decision analysis) là một đánh giá định lượng về các kết quả bắt nguồn từ một tập hợp các lựa chọn trong một tình huống lâm sàng cụ thể. Ngoại trừ từ "định lượng", định nghĩa này không có gì khác biệt so với quá trình ra quyết định lâm sàng được các bác sĩ thực hiện hàng ngày. Khi đối mặt với một vấn đề cụ thể, các bác sĩ lâm sàng sẽ xây dựng một loạt các hành động khả thi, từ việc không can thiệp, thu thập thêm thông tin bằng các xét nghiệm chẩn đoán, cho đến đề xuất các chiến lược điều trị khác nhau. Quá trình này thường mang tính ngầm định (implicit) và diễn ra trong bối cảnh các thuật toán nội bộ cùng các lối tắt tư duy (heuristics) mà bác sĩ lâm sàng đã tích lũy theo thời gian. Phân tích quyết định, bằng cách yêu cầu một cấu trúc mô hình cụ thể và đánh giá các khả năng (likelihoods) cũng như giá trị khác nhau của các kết quả, giúp quá trình ra quyết định trở nên tường minh (explicit) hơn, từ đó dễ dàng xem xét, thảo luận và phản biện khoa học.
Các mô hình quyết định thường được sử dụng như một công cụ phân tích để thực hiện các phân tích chi phí - hiệu quả (cost-effectiveness analyses), vì phương pháp luận phân tích quyết định có thể được dùng để tìm ra giá trị kỳ vọng của hầu hết mọi kết quả.
Phạm vi các vấn đề lâm sàng phù hợp cho phân tích quyết định là rất rộng lớn. Hai yêu cầu chính để áp dụng phương pháp này bao gồm:

• Vấn đề tập trung vào một quyết định cụ thể cần được đưa ra.
• Có sự đánh đổi (tradeoff) liên quan đến quyết định đó (nghĩa là không có lựa chọn nào được xem xét là vượt trội một cách rõ ràng).

Ngoài ra, phạm vi của vấn đề cần phải nằm trong khả năng giải quyết (manageable) và thường có sự tranh luận hoặc tính không chắc chắn về lựa chọn tốt nhất. Phân tích quyết định đặc biệt hữu ích khi các phương pháp cổ điển như thử nghiệm lâm sàng ngẫu nhiên có đối chứng (randomized controlled trials) không thể thực hiện hoặc không thực tế, hoặc khi cần kết hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau.
Phân tích quyết định có thể được sử dụng để:

• Hỗ trợ ra quyết định lâm sàng cho một bệnh nhân cụ thể.
• Ước tính các chiến lược tối ưu cho các nhóm bệnh nhân có đặc điểm lâm sàng cụ thể trong các tình huống nhất định.
• Liên kết các ước tính về cả kết quả lâm sàng và kinh tế (phân tích chi phí - hiệu quả) để cung cấp thông tin cho các câu hỏi về chính sách y tế.
• Cung cấp các ước tính về kết quả kỳ vọng trong các tình huống mà các phương pháp cổ điển như thử nghiệm ngẫu nhiên là bất khả thi hoặc không thực tế.

Việc đặt vấn đề vào một bối cảnh phân tích rõ ràng buộc các bác sĩ lâm sàng phải minh bạch hóa các giả định của mình, và sự hiện diện của một mô hình có cấu trúc giúp nhanh chóng khu trú các bất đồng lâm sàng. Phân tích quyết định cũng có thể tích hợp trực tiếp các vấn đề liên quan đến chất lượng cuộc sống và cách một bệnh nhân cụ thể đánh giá các kết quả khác nhau, cho phép cá nhân hóa quyết định dựa trên ưu tiên của bệnh nhân.