Analiza częstotliwościowa – stosuje się ją do określenia składowych częstotliwościowych zawartych w przebiegu czasowym funkcji. W bardzo znacznym stopniu stosowana jest ona w przetwarzaniu sygnałów. Przedstawienie sygnału w dziedzinie częstotliwości nazywane jest widmem sygnału.
Podstawy analizy częstotliwościowej stworzył francuski matematyk Jean Baptiste Joseph Fourier – są to szeregi Fouriera i transformacja Fouriera. Analiza metodami Fouriera zarówno przy pomocy szeregów trygonometrycznych, jak i transformacji jest jedną z najstarszych dziedzin analizy matematycznejPrzetwarzanie mowy, B. Ziółko, M. Ziółko, Wydawnictwa AGH, Kraków 2011.. W przypadku przetwarzania sygnałów analiza częstotliwościowa dotyczy zarówno sygnałów analogowych, jak i cyfrowych.
Dla sygnałów analogowych korzystamy z szeregu Fouriera bądź z całkowego przekształcenia Fouriera. W przypadku sygnałów cyfrowych do określenia składowych częstotliwościowych przebiegu czasowego używamy dyskretnej transformaty Fouriera.