Es una generalización y perfeccionamiento del análisis de Fourier, en el que las frecuencias son constantes en el tiempo.
Debido a que muchas señales de interés -como el habla, música, imagenes y señales de médicas- tienen frecuencias cambiantes, el análisis tiempo-frecuencia tiene un alcance amplio.
Sin embargo, a pesar de que matemáticamente esta técnica es elegante, no es apropiada para el análisis de una señal con comportamiento futuro indeterminado.
Por ejemplo, en el análisis tiempo-frecuencia, se debería presuponer cierto grado de comportamiento futuro indeterminado en cualquier sistema de telecomunicaciones para lograr la entropía no nula (si ya se sabe lo que el otro va a decir, no se puede aprender nada).
Esto permite analizar de manera sensible señales cuyos componentes frecuenciales varían en el tiempo.