推理，對於某些不愛動腦筋的人來說，也許是枯燥無味的，然而，在推理偵探小說的熱心者看來，它是小說的精華所在，是最能提神的興奮劑。
其實，推理小說里的推理，並非從頭至尾都在進行，要是那樣無間斷地推理，小說還有什麼趣味可言？小說的推理，總是在對人物、事件的充分描述的基礎上，在偵探剖析案情的最佳時刻才出現的。因此，最後由偵探洋洋得意地解析案情，往往成為小說結尾的一種模式。
在推理偵探小說里，推理有著特殊的地位和作用，它是解開疑團的鑰匙，是偵探識別真假罪犯的手段。正如艾勒里·奎恩偵探所說：「實際上，擒獲佩珀先生的，乃是我那鐵面無私的老戰友，邏輯，希臘原文Logos，並且，我相信它將是一切陰謀詭計的剋星。」（《希臘棺材之謎》）
福爾摩斯說得更加自信：「對於一個在觀察和分析上素有鍛煉的人來說，『欺騙』是不可能的事。」（《血字的研究》）華生對他的高論不以為然，甚至覺得荒唐可笑。這時刻，恰巧門口走來一個送信人，福爾摩斯斷定此人是退伍的海軍陸戰隊的軍曹。一問，果然不差。福爾摩斯解釋道：「我隔著一條街就看見這個人手背上刺著一隻蘭色大錨，這是海員的特徵。況且他的舉止又頗有軍人氣概，留著軍人式的絡腮鬍子；因此，我們就可以說，他是個海軍陸戰隊員。他的態度有些自高自大，而且帶有一些發號施令的神氣。你一定也看到他那副昂首揮杖的姿態了吧。從他的外表上看來，他又是一個既穩健而又莊重的中年人所以根據這些情況，我就相信他當過軍曹。」華生一聽，情不自禁地喊道：「妙極了！」
從一人的外表標誌、表情、舉動推測出這個人的身份，這是一種比較直感的簡單的推理。不過，即使如此簡單，也足已使人佩服。
在分析判斷案情時，偵探運用的推理方法主要有以下三種。
（1）演繹推理方法
演繹就是根據一般的原理，也即所謂大前提和小前提，推出關於特殊情況下的結論。
如《希臘棺材之謎》，艾勒里在分析兇手必須具備三個條件時說：「一、他必須是能夠製造陷害卡吉士和史洛安的假線索的。二、他必須是恐嚇信的作者。三、他必須是在諾克斯的房子里，才得以用打字機打出第二封恐嚇信。」這三個條件是從一系列事件中總結出來的，是劃定兇手的一般原則，即所謂的大前提。誰具備這三個條件，誰就是兇手。只有佩珀副檢察長具備這三個條件（小前提），所以，佩珀副檢察長是兇手（特殊的結論）。邏輯學告訴我們：如果大前提和小前提是真實可靠的，推理不違反規則，那麼，結論也必然是真實可靠的。這就是嚴酷無情的邏輯。
然而要確立大前提和小前提，本身就不是一件輕而易舉的事，它必須有事實做根據。這就要求偵探不但要掌握大量事實和細節，而且還要對一系列情況做出合乎邏輯的推測和判斷。比如，前面提到的第三個條件「他必須是在諾克斯的房子里，才得以用打字機打出第二封恐嚇信」。誰符合這個條件呢？這就需要對一系列疑難問題做出判斷：一、諾克斯僱用了八個傭僕，其中有沒有幫助兇手打出第二封信的同謀？二、諾克斯本人是否清白無辜？三、諾克斯的女秘書布萊特小姐是不是兇手或同謀？根據事實推斷，居住在諾克斯屋子裡的十個人，既非兇手，也非同謀。四、除這十個人，還有誰在收到第一封信和第二封信之間這段日子裡，能夠進出諾克斯這座樓房呢？唯一一個人是佩珀副檢察長。由於艾勒里偵探對第三個條件進行一系列縝密的無懈可擊的推斷，才使小前提佩珀副檢察長具備第三條這一判斷得以成立。
運用演繹推理以排除各種假象，揭示真相，乃是偵探慣用的一種絕招。柯南道爾有篇小說叫《皮膚變白的軍人》，寫一位從南非回來的退伍軍人，到某莊園探望一位老戰友。對於他的來訪，莊園主態度冷漠，說他兒子週遊世界去了。退伍軍人偶然發現他友人被禁錮在莊園的一間房子里，他想會見友人，卻被主人逐出莊園。他擔心友人遭到不測，便求助於福爾摩斯。案子很快就偵破了。福爾摩斯介紹說：「我的方法，就建立在這樣一種假設上面：當你把一切不可能的結論都排除之後，那剩下的，不管多麼離奇，也必然是事實。」接著，他對此案作了如下分析：
起初，提到我面前的有三種可能的解釋，可以說明為什麼這位先生在他父親莊園的小屋裡被隔離或禁錮起來。可以認為他是由於犯罪而逃避，或者是由於精神失常而不願住瘋人院，最後是因為有某種疾病而需要隔離。我想不出其它解釋。那麼，就需要把這幾個結論加以對比和甄別。
犯罪之說是不能成立的。本地區並沒有尚未破案的犯罪報告，這我十分清楚。如果說是尚未暴露出來的犯罪，那從家族利益來說應該是把他弄走或是送出國外，而不是藏在家裡。
精神失常的可能性要更大一些。小屋裡有的第二個人可能是看守人。他走出來以後把門倒鎖上，這就加強了上述假設，說明可能是強行禁閉。但另一方面，強制不可能是很嚴的，否則這個青年就不會跑出來去看一眼他的朋友了——但是，只要有醫生陪同並上報當局，把瘋人留在家裡是合法的事。為什麼這樣拚命保密呢？因此精神失常的假想也不能成立。
剩下的第三個可能，看來雖然稀奇，卻是完全符合實際情況的。麻瘋在南非是常見病。由於特殊的機遇，這位青年可能受到感染。這樣一來，他的家屬處境就十分困難了，因為他們不願把他交給麻瘋隔離病院。為了不露風聲，不受當局干涉，必須嚴守秘密。如果給以適當報酬，不難找到一位忠實的醫生來照顧病人。也沒有理由在晚上不讓病人出來。膚色變白是這種病的普通癥狀。這個假設的論據是十分充足的，以致使我決心把它當做已被證實了那樣來行動。當我初到這裡，發現給小屋送飯的拉爾夫戴著浸了消毒水的手套，這時候我連最後的疑點也消除了。
這裡要注意的是：假設的情況應當是可能出現的情況的全部，其中可以有九十九個是虛假的，但必須有一個是真實的。福爾摩斯在這裡提出三種假設，前兩種是虛假的，後一種假設因麻瘋而被隔離則是真的。
排除法經常被偵探用來排除嫌疑對象，把清白無辜的人從嫌疑犯之列解脫出來。日本石澤英太郎的《五島福江之行》（奎恩編《日本傑作推理十二選》），寫刑警津田良雄運用排除法，解救了一對青年戀人。故事說的是理髮店老闆深夜在其養女琉璃子的房間里被刺身亡，琉璃子供稱：深夜有一男人闖進房間要欺辱她，她被嚇昏了，等清醒過來，發現自己手裡拿著一把水果刀，養父已死在身旁，是她殺的。青年理髮師說：半夜，他聽到走廊有腳步聲，跟至琉璃子房間，看見店老闆欲行非禮，便拿起水果刀將老闆刺了五六刀，後逃回自己屋裡。
居然有兩個人自稱是殺人兇手。津田刑警對他們的供詞做了嚴格、細緻的推敲。琉璃子是個十七歲的盲女，那時處於昏迷狀態，怎能只用一刀就致一個強壯的男人於死地？青年理髮師說他在店主身上刺了五六刀，而店主身上總共只有一處刀傷，他為什麼要撒謊？顯然，這對戀人都以為對方殺了人，為了袒護戀人，都自稱是兇手。
AB-A=B
B-B=0
這就是津田刑警的方程式。兇手既不是琉璃子，也不是青年理髮師。後來查明，是該店的另一個店員，那人深夜闖入盲女房間，被店主發覺；店員走投無路便拿起刀子把店主刺死。盲女昏迷在床，那人把刀子塞在她手裡，而後逃離現場。
（2）歸納推理方法
同演繹相對，歸納是由特殊到一般，也即由一系列特殊的事實概括出一般結論的一種推理方法。
如《獅鬃毛》，寫一位教員慘死於海濱鹹水湖畔，身上布滿網狀的創傷；死前嘴裡迸出三個字：「獅鬃毛」。福爾摩斯一星期後仍找不到線索。後來一頭狗又在它主人遇難的地點痛苦死去。警察懷疑數學教師是兇手，因為他是死者的情敵。不久數學教師也在鹹水湖邊遭受重傷差點喪命。福爾摩斯從一本書上得到啟發，立即奔赴現場，終於揪住「罪犯」隱藏在碧綠湖水深處的一團狀如獅鬃毛的有毒螫刺動物氰水母。福爾摩斯找到這個答案，正是藉助于歸納法。其推理過程是這樣的：甲教員在鹹水湖邊受傷身亡；狗在鹹水湖邊受傷死去；乙教員在鹹水湖邊受傷幾乎喪命。他們都觸及湖水中「獅鬃毛」的毒絲。所以，凡觸及「獅鬃毛」毒絲者都有死亡危險。
再如法國莫里斯·勒布朗的《死神在遊盪》（《折光暗語》之六），在運用歸納法方面，也是頗具特色的。一頭惡犬掙斷鐵鏈，追咬一位金髮姑娘，危急之際，一聲槍響，惡犬應聲倒地。原來，亞森·羅平偵探從一封丟棄於路邊的未完成的信里得悉，特地趕來城堡救她。金髮姑娘很驚訝，說信是她寫給女友的，未寫完就撕了，丟在路邊。她還說，自己並沒有受到死亡的威脅。亞森·羅平說，他從信里得知，