Epidemiologia tutkii ihmisten terveyttä väestössä eikä yksilöissä. Se tutkii sairauden syitä, tietyn sairauden leviämistä ja taudin hallintaa. Epidemiologia on kirjaimellisesti epidemioiden tutkimus.
Epidemiologiasta tuli ensimmäinen ongelma, kun ihmisryhmät alkoivat kokoontua kaupunkeihin. Ilman jonkinlaista alkeellista epidemiologiaa tartuntatautien puhkeamisen hallinta olisi ollut mahdotonta. Yksinkertainen karanteeni voi sisältää joitain sairauksia, jotka tarttuvat ihmisestä toiseen, mutta tarvitaan enemmän hienostuneisuutta sellaisten sairauksien leviämisen estämiseksi, joiden syy ei ole niin ilmeinen, kuten kolera.
Epidemiologiassa on laaja valikoima tieteellisiä työkaluja lääketieteestä ja tilastoista sosiologiaan ja antropologiaan. Monet sairaudet seuraavat väestön muuttoliikettä, joten ymmärrys siitä, miten siirtolaisväestö liikkuu vuodenaikojen mukaan, on ratkaisevan tärkeää tietyn sairauden leviämisen ymmärtämiseksi kyseisessä populaatiossa. Epidemiologia ei koske vain tautien leviämistä, vaan myös niiden syytä – jos esimerkiksi koleran puhkeaminen voidaan jäljittää esimerkiksi tiettyyn saastuneeseen vesilähteeseen, tauti voidaan tehokkaasti pysäyttää sulkemalla pääsy kyseiseen vesilähteeseen .
Joskus tietyn terveysongelman syy voidaan osoittaa vain tilastollisesti – tässä epidemiologialla on vaikein tapaus. Tupakointi on tekijä monissa terveysongelmissa, ja toistaiseksi se on osoitettu vain tilastollisesti, suurissa väestötutkimuksissa. Yksittäisen keuhkosyöpätapauksen ei voida todistaa johtuvan tupakoinnista, mikä valitettavasti antaa jonkin verran henkistä heilutusta niille, jotka eivät halua uskoa tupakoinnin olevan epäterveellistä.
Monet ympäristötekijöiden aiheuttamat terveysongelmat voidaan ratkaista vain epidemiologian avulla. Esimerkiksi syövän esiintyvyyden piikkiä saastumislähteen lähellä ei voi nähdä yksittäistapauksia tarkasteltaessa, vaan vain koko alueen tilastoja tarkasteltaessa. Epidemiologia on kansanterveyden tärkein ase, ja epidemiologit ovat usein ensimmäinen ja viimeinen puolustuksemme.