方差分析的基本思想是：通過分析研究不同來源的變異對總變異的貢獻大小，從而確定可控因素對研究結果影響力的大小。更具體地說，它是根據研究設計的類型，將全部測量值的總的離均差平方和及其自由度分解為兩個或多個部分，每個部分的變異都由某個因素的作用（或某幾個因素的互動作用）引起。通過比較不同變異來源的均方，藉助F分布做出統計推斷，從而推論各種處理因素對研究結果有無影響。
此外，方差分析的基本思想還可以理解為變異分解，即通過比較各種成分的變異程度的大小來確定各個樣本對應的總體均數是否不同。如果組間差異遠大於組內差異，就意味著各組樣本均數不一致，這就是方差分析的基本原理。