La correlazione suggerisce un'associazione tra due variabili. La causalità mostra che una variabile effettua direttamente un cambiamento nell'altra. Sebbene la correlazione possa implicare la causalità, è diverso da una relazione causa-effetto. Ad esempio, se uno studio rivela una correlazione positiva tra la felicità e l'essere senza figli, non significa che i bambini causino infelicità. In effetti, le correlazioni possono essere del tutto casuali, come la bassa statura di Napoleone e la sua ascesa al potere. Al contrario, se un esperimento mostra che un risultato previsto risulta immancabilmente dalla manipolazione di una particolare variabile, i ricercatori sono più sicuri della causalità, che denota anche correlazione.
I test statistici misurano la probabilità che la correlazione sia dovuta al caso o ad un'associazione non casuale. Sapere che esiste una relazione statisticamente significativa tra le variabili è utile in molti modi. Ad esempio, i ricercatori di marketing esaminano le correlazioni tra gli sforzi pubblicitari e le vendite. Gli agricoltori giudicano la correlazione tra l'uso di pesticidi e la resa delle colture. Gli scienziati sociali studiano le correlazioni tra povertà e tassi di criminalità per identificare strategie di intervento. Le correlazioni possono anche avere una direzione negativa, come un aumento dei prezzi dei generi alimentari quando l'offerta di cibo diminuisce durante una siccità.
Se il vento fa cadere un albero, è causa ed effetto. Altre relazioni causali sono più complesse. Ad esempio, quando gli scienziati vedono risultati promettenti dalla somministrazione di un nuovo farmaco negli studi sull'uomo, devono essere certo che il farmaco sta causando il cambiamento, non altri fattori, come una modifica della dieta dei partecipanti o stile di vita. Le prove devono essere convincenti per dichiarare la causalità. Prove insufficienti possono portare a false affermazioni di cure e convinzioni errate sulle cause. Durante il Medioevo seguì una caccia alle streghe perché gli abitanti del villaggio attribuivano carestie e sofferenze alla presenza della stregoneria.