膨大な数の人間集団の行動を予測する為の数学的手法。社会的、経済的な刺激への人間の感情や反応に一定の規則を見いだすことで、未来の人類の行動をも予測しうる。
ファウンデーションシリーズの根幹をなす小道具である。アシモフはこのシリーズで、エドワード・ギボンの『ローマ帝国衰亡史』を参考にした宇宙未来史を描く事を構想したが、同時にSF的要素として、人類の未来を数学的に予測する手段を作品に導入する事を思い立ち、気体分子運動論において、個々の分子の運動は予測できないが、集団の気体ということなら平均の運動は計算できるという事のアナロジーとして、分子を人間に、気体を人間の集団に置き換える事で「心理歴史学」を考案した。
心理歴史学による未来予測が可能かどうかは、以下の3点が重要であるとされている（これらは気体分子運動論の基本原則に直接対応している）。
個人ではなく、膨大な人数から構成される集団を扱うこと（気体分子単独で無く、膨大な数の分子を含む気体を扱うのと同じ）
人々が心理歴史学による予測の内容について知らされず、その影響を受けずに自発的に行動していること（気体分子のようにランダムに行動すること）
扱う集団が人類のみで構成されていること（気体分子以外の要因が存在しないこと）
過去の歴史の評価よりも、未来予測に主眼を置いている点で、むしろ「心理社会学（Psycosociology）」という名称の方がふさわしいのではないかとの意見があり、後年アシモフ自身もそれを認めながら「当時は『銀河系宇宙の歴史を描く』という考えに取り憑かれていたために『心理歴史学』という言葉しか考えつかなかった」と述べている。また同時に「人間集団の行動と気体分子運動論の間にはやはりアナロジーは成立しないのでないか」と述べ、むしろ近年登場したカオス理論に言及している（『ゴールド -黄金』）。これを反映してか、アシモフの死後に3人のSF作家により書かれた『新・銀河帝国興亡史』3部作では、人類社会の秩序を破壊しようとする「混沌（カオス）」と、心理歴史学により秩序を護ろうとするセルダン達との対決の構図が描かれている
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ファウンデーションシリーズとロボットシリーズとの融合を目した『ファウンデーションの彼方へ』以降の作品では、心理歴史学とロボット工学三原則との関わりが描かれており、R・ダニール・オリヴォーら「第零法則」に従うロボット達が、人類全体の危機を回避するには未来を定量的に予測する必要があった事から、心理歴史学の登場を仕組んでいた事が明かされている。
ファウンデーションシリーズには人類以外の異星人が登場しなかったため、前述の基本原則の第3項目は明示されず、「あまりに明白なために逆に誰も気が付かない原則」であった。『ファウンデーションと地球』の結末においてようやく明示され、今後同シリーズに異星人（他の銀河系の知的生命体）が登場する構想が示唆されていたが、結局アシモフ自身の死去により描かれないままに終わっている。しかし『新・銀河帝国興亡史』の最終巻『ファウンデーションの勝利』の終盤では『ファウンデーションと地球』以降の展開への布石が打たれており、今後同様に他の作家によって書かれる可能性はある。
極めて確実性の高い未来予測という点で、一種の情報タイムトラベルであるとも言える。