非线性地球化学数据分析（non-linear geochemical data analysis）是近年来发展的新的地球化学数据分析与处理方法，与传统数据统计的数学理论基础不同，它不是把数据的分布看成是光滑连续的曲面或分片光滑，而是着重考虑地球化学数据分布极其复杂不规则的特征。非线性统计学主要用于地球化学采样密度选择、数据场模拟及异常评价等问题的研究。这类方法主要有分形法（包括多重分形）、混沌法、数量化理论、模糊分析、小波变换等。研究对象包括：背景及异常划分、数据插值、地球化学场的模拟与分类。