Lý thuyết phát hiện tín hiệu giải thích cách con người phát hiện các kích thích yếu trong điều kiện không chắc chắn. Nó phân biệt độ nhạy thực sự với tiêu chí quyết định mà một người áp dụng.

Trong mỗi lần thử, tín hiệu kích thích có thể có hoặc không xuất hiện. Người quan sát trả lời “có” hoặc “không”. Số lần nhận diện đúng, nhận diện sai, nhận diện nhầm và nhận diện từ chối chính xác được thống kê. Độ nhạy (d′) phản ánh khả năng phân biệt tín hiệu với nhiễu; tiêu chí phản ánh mức độ sẵn lòng của người quan sát khi nói “có”. Tiêu chí rộng rãi hơn sẽ tạo ra nhiều lần nhận diện đúng và nhiều nhận diện nhầm hơn; tiêu chí hẹp hòi hơn sẽ tạo ra ít cả hai.

Lý thuyết này áp dụng cho hoạt động radar, chẩn đoán y tế, nhận dạng nhân chứng và bất kỳ tình huống nào cần phân biệt tín hiệu yếu với nhiễu nền. Nó cho thấy rằng việc phát hiện không chỉ đơn giản là vấn đề ngưỡng mà là một quá trình ra quyết định bị ảnh hưởng bởi kỳ vọng, lợi ích và kinh nghiệm. Đào tạo và phản hồi có thể cải thiện cả độ nhạy và tính phù hợp của tiêu chí.

Việc có báo cáo một tín hiệu yếu hay không phụ thuộc vào cả độ mạnh của bằng chứng và sự sẵn lòng của người quan sát trong việc xác định xem tín hiệu đó có tồn tại hay không.