Математическая психология — подход к психологическим исследованиям, основанный на математическом моделировании процессов восприятия, мышления, когнитивных и моторных процессов, а также на установлении математизированных правил, которые связывают количественные характеристики стимулов с количественными характеристиками реакций. Математический подход в психологии используется с целью выдвижения более строгих, формализованных гипотез. Реакция организма, поддающаяся количественной оценке, зачастую может быть зафиксирована в процессе выполнения или решения определённых задач: двигательных, когнитивных и т.д.
Поскольку количественная оценка реакции на фиксированный стимул испытуемого является фундаментальной в этом направлении психологии, теория измерений является одной из центральных тем в математической психологии. Поэтому же математическая психология тесно связана с психометрией. Однако в тех случаях, когда психометрия связана с индивидуальными различиями, математическая психология фокусируется на моделях процессов восприятия, когнитивных и моторных процессов, которые выводятся из «усредненного индивида». Кроме того, когда психометрия исследует статистическую структуру зависимости между переменными, наблюдаемыми в популяции, математическая психология фокусируется на формализации данных, полученных экспериментально, и поэтому еще более тесно связана с экспериментальной психологией / когнитивной психологией.
Математические психологи активно работают во многих областях психологии, особенно в психофизике, анализе ощущений и восприятия, анализе процесса решения задач и принятия решений в когнитивной психологии.
Математическое моделирование имеет долгую историю в психологии, начиная с 19-го века, когда Эрнст Вебер (1795—1878) и Густав Фехнер (1801—1887) были одними из первых, кто успешно применил математическую технику функциональных уравнений к описанию психологических процессов. Тем самым они создали область экспериментальной психологии в целом и психофизики в частности.
Астрономы в 19-м веке наносили на карту расстояния между звездами, обозначая точное время прохождения звезды через центр разметочной сетки на линзе телескопа. Из-за отсутствия инструментов точной автоматической регистрации, эти измерения времени основывались исключительно на скорости реакции человека. Было отмечено, что существуют небольшие систематические различия во времени, замеряемом разными астрономами. Они впервые были систематически изучены немецким астрономом Фридрихом Бесселем (1782—1846). Бессель вывел серию уравнений на основе замеров элементарной скорости реакции, которые бы позволили исправить индивидуальные погрешности в астрономических расчетах. Независимо от этого, физик Герман фон Гельмгольц измерил время реакции, чтобы определить скорость нервной проводимости.