Inferentzia estatistikoa, estatistika inferentziala edo estatistika induktiboa datu multzo batetik abiatuz populazio edo zorizko fenomenoetako ezaugarri ezezagunei buruzko ondorioak ematen dituen estatistika adarra da. Adibidez, inferentzia estatistikoaz hiri bateko biztanle guztien batezbesteko adina horietatik lagin bat (populazio osotik biztanle batzuk soilik) aukeratu eta hauei inkesta bat eginez zenbatetsi egin daiteke ; beste alde batetik, hiri bateko heriotza kopuruari buruz azken urteotako datuak jasota, aldagai horri buruz ezarritako zorizko ereduaren ezaugarriak (erabat zorizkoa den eta joera bati jarraitzen dion) hurbildu daitezke. Inferentzia estatistikoan erabiltzen diren datuak zoriz gertatzen dira edo laginezkoak direla suposatzen da eta, beraz, ondorioetan errore bat sortzen dela pentsatzen da beti, laginak eta datu-multzoak beti mugatuak direlako (beti suerta baitzitezkeen bestelako laginak edo datuak, praktikan suertatu den lagin bakarrarekin lan egiten bada ere). Inferentziaren helburua datuetan oinarritutako ondorioetan dagoen lagin eta zorizko errore hori neurtu eta kontrolatzea da. Horrela, inferentzia estatistikoak estatistika deskribatzaileak dituen tresnak gainditu eta ematen dituen ondorioak zehaztu egiten ditu, datuak deskribatzeaz emaitza estatistiko orotan dagoen ziurgabetasun edo errorearen neurri bat emanez. Horretarako, inferentziak probabilitate teoria eta matematikaren tresnak erabiltzen ditu.
Zehatzago, inferentzia estatistikoak populazioen handien laginketa diseinatu eta burutu, parametro ezezagunen zenbatespena egin, parametro horiei buruzko konfiantza-tarteak osatu eta estatistika frogak (non parametro edo bestelako ezaugarri bati buruzko hipotesi bat onartu edo baztertzen den) burutu eta denborazko aldagaiei buruzko aurresanak egiten ditu. Bere aplikazioak zientziaren arlo askotan gertatzen dira: meteorologian, eguraldiaren bilakaerari buruz eratutako zorizko ereduak zehaztu egiten ditu; ekonomian, aldagai ekonomikoei buruzko aurresanak ematen ditu; soziologian, populazio oso bateko ezaugarriak zenbatesten ditu lagin batean oinarrituz; biologian ere populazioetako ezaugarriak inferitzen ditu jasotako ale bakanei buruzko datuak aztertuz eta ingeniaritzan ekoizpen-prozesuen parametroak zehazten ditu egunez eguneko datuak aztertuz. Zientzian maiz egiten diren esperimentuetan ere funtsezko tresna da, inferentzia estatistikoaz kontrolatzen diren faktoreak eragingarriak direlako hipotesiak onartu edo baztertu egiten baitira, esperimentu hauetan izan daitekeen errorea kontrolatuz.
Inferentzia estatistikoaren modu zenbait dago, datuek ematen informazioaren erabilera, erabilitako zoriaren kontzeptualizazio eta inferentzia garatzeko tresna matematiko ezberdinetatik abiatzen direnak. Praktikan, bi dira gehien erabiltzen diren inferentzia-moduak: inferentzia klasiko edo maiztasun-inferentzia eta bayestar inferentzia, Bayesen teoreman oinarritzen dena. Ronald Fisher estatistikariak egun praktikan bazterturik dagoen estatistika fiduzial izeneko inferentzia-modua garatu zuen. Beste alde batetik, inferentzia-metodoetan estatistika parametrikoa eta estatistika ez parametrikoa ere bereizten dira. Estatistka parametrikoan, inferentziak aurrez ezarritako zorizko eredu baten parametroak zenbatestea du helburu, gehienetan datuen sorrerari buruzko hipotesi zorrotzak ezarriz. Estatistika ez parametrikoan, datuen izaerari buruzko aparteko hipotesi edo eredurik aurrez finkatu gabe.