Phương pháp thống kê quan trọng nhất trong môn kinh tế lượng là phân tích hồi quy (regression analysis). Phương pháp này quan trọng đối với kinh tế lượng bởi vì các nhà kinh tế không có cơ hội tiến hành các thử nghiệm có kiểm soát. Vấn đề các dữ liệu quan sát chệch do thiếu biến và các vấn đề khác cũng cần phải được giải quyết về mặt thống kê nhờ các mô hình kinh tế lượng. Các nhà kinh tế lượng thường tìm cách làm sáng tỏ các thực nghiệm tự nhiên trong khi thiếu bằng chứng từ các thực nghiệm có kiểm soát.

Cơ sở dữ liệu áp dụng trong kinh tế lượng được chia thành chuỗi thời gian (time series), dữ liệu chéo (cross-sectional analysis), dữ liệu mảng (panel data) và dữ liệu mảng đa chiều. Chuỗi thời gian là tập hợp những quan sát của một biến số (ví dụ tỷ lệ lạm phát) trong những khoảng thời gian liên tiếp nhau (ví dụ trong 20 năm). Cơ sở dữ liệu cross-sectional là những quan sát của nhiều cá nhân trên một đặc tính (ví dụ thu nhập) tại cùng một thời điểm duy nhất (ví dụ thu nhập của 1000 người trong mẫu vào cuối năm 2011). Cơ sở dữ liệu mảng (panel data) chứa cả quan sát của chuỗi thời gian và của cross-sectional. Vì vậy, panel data thường được hiểu là dữ liệu hai chiều. Dữ liệu mảng đa chiều là tập hợp các quan sát theo dạng mảng, theo thời gian và cả theo một số chiều thứ ba nữa. Ví dụ Cơ sở dữ liệu của Nghiên cứu hộ gia đình, bao gồm rất nhiều chiều (thu nhập, tình trạng sức khỏe, trình độ học vấn...) theo thời gian.

Phân tích kinh tế lượng còn có thể phân loại dựa trên số lượng các quan hệ được mô hình hóa. Phương pháp phương trình đơn mô hình hóa một biến số duy nhất, gọi là (biến phụ thuộc), dưới dạng một hàm số mà đầu vào là một hay nhiều biến độc lập. Trong nhiều trường hợp, phương pháp Bình phương tối thiểu không thể thể hiện được quan hệ cần nghiên cứu, hoặc có thể tạo ra các ước lượng sai, bởi các giả thuyết để chạy được mô hình nhiều khi bị vi phạm. Một cách khắc phục đó là sử dụng instrumental variables (IV). Khi mô hình bao gồm nhiều phương trình, thì cácphương pháp phương trình đồng thời (simultaneous-equation methods) có thể được sử dụng, bao gồm two IV variants, Two-Stage Least Squares (2SLS), và Three-Stage Least Squares (3SLS).

Các phương pháp ước lượng khác gồm Method of Moments, Generalized Method of Moments (GMM), phân tích chuỗi thời gian (time series analysis), và các phương pháp Bayesian.