Un estudio observacional (también llamado un estudio epidemiológico o de población) observa a grandes poblaciones en un intento de encontrar tendencias. Esto es normalmente retrospectivo - eso es, éste examina lo que ha pasado en el pasado. Los participantes pueden llenar encuestas o cuestionarios acerca de lo que ellos recuerdan acerca de comportamientos particulares, tales como los alimentos que han comido o los complementos nutricionales que tomaron en años pasados. Los investigadores no cambian nada - ellos simplemente miran lo que ya está sucediendo. Tales estudios han tratado de encontrar con más frecuencia conexiones entre lo que las personas comen y el desarrollo de diferentes enfermedades. Unos pocos han observado el efecto de tomar complementos nutricionales.

Los estudios observacionales están abiertos a la disputa y a la interpretación contradictoria por su misma naturaleza. Por ejemplo, si un estudio observacional descubre que las personas que beben té verde desarrollan menos cáncer, esto no necesariamente significa que el té verde merezca el crédito. Los que toman té verde también pueden tener tendencia a hacer más ejercicio y comer alimentos más saludables en general. Tal vez son esos hábitos y no el té verde, los que desempeñan la función más importante. Los investigadores tratan de observar de cerca los datos y eliminar tales factores, pero esto nunca puede ser realizado de forma perfecta.