Correlatie suggereert een verband tussen twee variabelen. Causaliteit laat zien dat de ene variabele direct een verandering in de andere teweegbrengt. Hoewel correlatie causaliteit kan impliceren, is dat anders dan een oorzaak-en-gevolgrelatie. Als een onderzoek bijvoorbeeld een positieve correlatie aantoont tussen geluk en kinderloos zijn, betekent dit niet dat kinderen ongeluk veroorzaken. In feite kunnen correlaties geheel toevallig zijn, zoals de kleine gestalte van Napoleon en zijn machtsovername. Als een experiment daarentegen aantoont dat een voorspelde uitkomst onfeilbaar het gevolg is van manipulatie van een bepaalde variabele, hebben onderzoekers meer vertrouwen in causaliteit, wat ook duidt op correlatie.
Statistische tests meten de waarschijnlijkheid of correlatie te wijten is aan toeval of niet-willekeurige associatie. Weten dat er een statistisch significant verband bestaat tussen variabelen is in veel opzichten nuttig. Marketingonderzoekers kijken bijvoorbeeld naar correlaties tussen advertentie-inspanningen en verkoop. Boeren beoordelen de correlatie tussen pesticidengebruik en gewasopbrengst. Sociale wetenschappers bestuderen correlaties tussen armoede en misdaadcijfers om interventiestrategieën te identificeren. Correlaties kunnen ook negatief zijn in de richting, zoals een stijging van de levensmiddelenprijzen wanneer de voedselvoorziening daalt tijdens een droogte.
Als de wind een boom omvalt, is dat oorzaak en gevolg. Andere causale verbanden zijn complexer. Als wetenschappers bijvoorbeeld veelbelovende resultaten zien van het toedienen van een nieuw medicijn in proeven bij mensen, moeten ze dat ook zijn zeker dat het medicijn de verandering veroorzaakt, niet andere factoren, zoals een wijziging van het dieet van de deelnemers of levensstijl. Bewijs moet dwingend zijn om causaliteit te verklaren. Onvoldoende bewijs kan leiden tot valse beweringen over genezing en onjuiste overtuigingen over oorzaken. Tijdens de middeleeuwen ontstond er een heksenjacht omdat dorpelingen hongersnood en lijden toeschreven aan de aanwezigheid van tovenarij.