Bağımlı değişkenin daha iyi tahmin edilmesi ya da açıklanabilmesi için birden daha fazla bağımsız değişken tanımlanabilir. Bir bağımlı ve birden daha fazla bağımsız değişkenin bulunduğu regresyon analizi problemlerine çoklu regresyon analizi adı verilir. n adet gözleme sahip bir veri setinde y bağımlı değişken ve k adet bağımsız değişken olmak üzere gözlem birimleri için ölçüm sonuçları yer alabilir.