Μια αρνητική συσχέτιση είναι μια σχέση στην οποία η μία μεταβλητή αυξάνεται καθώς η άλλη μειώνεται. Οι δύο μεταβλητές κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις.

Καθώς αυξάνεται ο αριθμός των ωρών που αφιερώνεται κανείς στην παρακολούθηση τηλεόρασης, οι βαθμοί του σχολείου ενδέχεται να μειωθούν. Καθώς μειώνεται η εξωτερική θερμοκρασία, αυξάνεται και το κόστος θέρμανσης. Η ισχύς της σχέσης εκφράζεται με έναν συντελεστή συσχέτισης που κυμαίνεται από 0 έως -1,00. Ένας συντελεστής -0,80 υποδηλώνει ισχυρή αρνητική σχέση, ενώ ένας συντελεστής -0,20 υποδηλώνει ασθενή σχέση. Τα διαγράμματα διασποράς των αρνητικά συσχετισμένων δεδομένων έχουν καθοδική κλίση από αριστερά προς τα δεξιά.

Η αρνητική συσχέτιση δεν υπονοεί ότι η μία μεταβλητή προκαλεί την αλλαγή της άλλης. Ένας τρίτος παράγοντας μπορεί να επηρεάσει και τις δύο ή η κατεύθυνση της επιρροής μπορεί να είναι η αντίστροφη από αυτήν που υποτίθεται. Τα σχέδια συσχέτισης αναγνωρίζουν συσχετίσεις· τα πειραματικά σχέδια απαιτούνται για τον έλεγχο των αιτιωδών ισχυρισμών.

Όταν δύο μέτρα κινούνται συστηματικά σε αντίθετες κατευθύνσεις, η σχέση είναι αρνητική συσχέτιση.