Définition: il s'agit d'une étude d'observation où on sélectionne d'abord des individus qui présentent M à un temps t1 et on remonte dans le passé pour déterminer le statut de l'exposition à un temps t0. On sélectionne également des individus qui ne présentent pas M (les témoins) parmi l'expérience de la population dont proviennent les cas. On mesure l'exposition de a même manière.

Les études cas-témoin peuvent être vues
comme provenant d'un échantillon de
l'expérience d'une cohorte (fermée ou ouverte).

Séquence temporelle: les études cas-témoins sont parfois appelées études rétrospectives. Ce terme provient du fait que les individus sont sélectionnés selon leur statut sanitaire (cas ou non cas) et qu'il faut par la suite déterminer l'exposition dans le passé. L'approche cas-témoins doit être vue comme une façon de maximiser l'information que l'on peut acquérir sur une maladie, surtout lorsque celle-ci est rare ou a une période de latence très longue.

L'expérience de la cohorte qui nous intéresse est échantillonnée au lieu d'être étudiée dans sa totalité. En général, tous les individus avec M sont sélectionnés alors que seul un échantillon de l'expérience des animaux à risque au moment où M survient le sont.

Mesure de l'exposition: Il s'agit du second défi de taille des études cas-témoins puisqu'au moment de déterminer l'exposition (dans le passé), l'issue est déjà survenue. Il devient donc très important de ne pas être influencé par l'issue pour classer les individus dans les groupes exposé et non exposé. Ceci est particulièrement important lorsque l'exposition est déterminée suite à un questionnaire. Si un individu malade tend à rapporter plus souvent ou à se rappeler plus correctement de l'exposition qu’u individu non malade, alors il y a biais d'information [information bias]. Ceci signifie que si la mesure d'association est positive, il se peut qu'elle le soit non pas pour des raisons étiologiques, mais plutôt parce que l‘individu croit que cette exposition a provoqué la maladie. Cependant, lorsque cette information est recueillie avant la survenue de l'issue, comme par exemple dans les banque de données sur les prescriptions, ce problème s'éclipse. Toutefois, pour éviter tout biais, l'information sur l'exposition contenue dans les fichiers devrait être recueillie par des gens demeurant aveugles quant au statut (cas ou témoins) des individus étudiés. Le but principal est d'éviter que la mesure de l'exposition soit différente pour les cas et les témoins.