Nollahypoteesi on oletusoletus, jonka mukaan kahden havaitun tapahtuman tai ilmiön välillä ei ole yhteyttä. Siten nollahypoteesi katsotaan todeksi, kunnes päinvastainen voidaan todistaa. Nollahypoteesin kumoaminen, eli johtopäätös, että kahden tapahtuman, ilmiön välillä on yhteys, on modernin tieteen päätehtävä. Tilastot tieteenä antavat selkeät ehdot, joilla nollahypoteesi voidaan hylätä.
Usein nollahypoteesina on oletuksia tutkittavien muuttujien välisen suhteen tai korrelaation puuttumisesta, erojen (homogeenisuuden) puuttumisesta jakautumissa (jakaumaparametrit) kahdessa ja/tai useammassa otoksessa. Symbolia H 0 käytetään usein ilmaisemaan nollahypoteesia .
Tilastollisessa päätelmässä tutkija yrittää osoittaa nollahypoteesin epäonnistumisen, sen epäjohdonmukaisuuden käytettävissä olevan kokeellisen tiedon kanssa, eli hylätä hypoteesin. Tämä tarkoittaa, että toinen, vaihtoehtoinen (kilpaileva) hypoteesi on hyväksyttävä, nollahypoteesi poissulkematta. Jos tiedot päinvastoin vahvistavat nollahypoteesin, sitä ei hylätä. Tämä on samanlainen kuin syyttömyysolettaman periaate , jossa epäiltyä oletetaan syyttömäksi (implisoitunut nollahypoteesi), kunnes toisin todistetaan (tyhjähypoteesi hylätään) ilman tarpeellista epäilystä (eli tilastollisesti merkittävässä määrin).