La théorie de la détection du signal explique comment les individus perçoivent des stimuli faibles en situation d'incertitude. Elle distingue la sensibilité réelle du critère de décision adopté par la personne.

À chaque essai, un stimulus peut être présent ou absent. L'observateur répond par « oui » ou « non ». Les détections correctes, les omissions, les fausses alarmes et les rejets corrects sont comptabilisés. La sensibilité (d′) reflète la capacité à distinguer le signal du bruit ; le critère reflète la propension de l'observateur à répondre « oui ». Un critère permissif entraîne davantage de détections correctes et de fausses alarmes ; un critère strict en entraîne moins.

Cette théorie s'applique au fonctionnement des radars, au diagnostic médical, à l'identification par témoin oculaire et à toute situation où un signal faible doit être distingué du bruit de fond. Elle démontre que la détection ne se résume pas à un simple seuil, mais constitue un processus de décision influencé par les attentes, les gains potentiels et l'expérience. La formation et le retour d'information permettent d'améliorer à la fois la sensibilité et la pertinence du critère.

Le signalement d'un signal faible dépend à la fois de la force de la preuve et de la volonté de l'observateur de conclure à sa présence.