A correlação sugere uma associação entre duas variáveis. A causalidade mostra que uma variável afeta diretamente uma mudança na outra. Embora a correlação possa implicar causalidade, isso é diferente de uma relação de causa e efeito. Por exemplo, se um estudo revela uma correlação positiva entre felicidade e não ter filhos, não significa que crianças causam infelicidade. Na verdade, as correlações podem ser inteiramente coincidentes, como a baixa estatura de Napoleão e sua ascensão ao poder. Por outro lado, se um experimento mostra que um resultado previsto resulta infalivelmente da manipulação de uma determinada variável, os pesquisadores estão mais confiantes de causalidade, o que também denota correlação.
Os testes estatísticos medem a probabilidade de a correlação ser devida ao acaso ou associação não aleatória. Saber que existe uma relação estatisticamente significativa entre as variáveis é útil de várias maneiras. Por exemplo, os pesquisadores de marketing examinam as correlações entre os esforços de publicidade e as vendas. Os agricultores julgam a correlação entre o uso de pesticidas e o rendimento da colheita. Os cientistas sociais estudam as correlações entre as taxas de pobreza e criminalidade para identificar estratégias de intervenção. As correlações também podem ser negativas na direção, como um aumento nos preços dos alimentos quando a oferta de alimentos cai durante uma seca.
Se o vento derrubar uma árvore, isso é causa e efeito. Outras relações causais são mais complexas. Por exemplo, quando os cientistas veem resultados promissores da administração de um novo medicamento em testes em humanos, eles devem ser certeza de que a droga está causando a mudança, não outros fatores, como uma modificação na dieta dos participantes ou estilo de vida. As evidências devem ser convincentes para declarar causalidade. Evidências insuficientes podem levar a falsas alegações de curas e crenças errôneas sobre as causas. Durante a Idade Média, ocorreu uma caça às bruxas porque os moradores atribuíram a fome e o sofrimento à presença de feitiçaria.