Musteranalyse ist ein Teilgebiet der Mustererkennung. Unter Musteranalyse wird die automatische Generierung einer Beschreibung aus dem Signal, dem Muster, verstanden. Beispiele für Muster sind Bilder, oder Bildfolgen und Sprachsignale. In der Musteranalyse wird nach Algorithmen und Systemansätzen für diese Problemstellung geforscht.
Im Gegensatz zu den Klassifikationsverfahren der Musterklassifikation, welche einem Muster als Ganzes eine von endlich vielen Klassen zuweist, wird in der Musteranalyse ein Muster in Untermuster zerteilt und diesen Untermustern und deren Beziehungen untereinander eine symbolische Beschreibung zugewiesen. Dies entspricht einer Abbildung aus der Menge der Untermuster in die unendliche Menge aller möglichen symbolischen Beschreibungen.