Le traitement du signal est la discipline qui développe et étudie les techniques de traitement, d'analyse et d' des . Parmi les types d'opérations possibles sur ces signaux, on peut dénoter le contrôle, le filtrage, la compression et la transmission de données, la réduction du bruit, la déconvolution, la prédiction, l'identification, la classification
Bien que cette discipline trouve son origine dans les sciences de l'ingénieur (particulièrement l'électronique et l'automatique), elle fait aujourd'hui largement appel à de nombreux domaines des mathématiques, comme la , les processus stochastiques, les espaces vectoriels et l'algèbre linéaire et des mathématiques appliquées, notamment la théorie de l'information, l'optimisation ou encore l'analyse numérique.
D'après Alan V. Oppenheim et Ronald W. Schafer, les principes du traitement du signal peuvent être trouvés dans les techniques classiques d'analyse numérique du . Ils ajoutent que le perfectionnement numérique de ces techniques se retrouve dans les systèmes de stratégie de régulation des années 1940 et 1950.
En 1948 Claude Shanon écrit un article de référence "A Mathematical Theory of Communication". Ce document a posé les bases du développement ultérieur des systèmes de communication de l'information et du traitement des signaux pour la transmission.
Le traitement du signal s'est développé dans les années 1960 et 1970, et le traitement du signal numérique s'est généralisé dans les années 1980 grâce aux puces DSP spécialisées dans ce domaine.
Les signaux à traiter peuvent provenir de sources très diverses, mais la plupart sont des signaux électriques ou devenus électriques à l'aide de capteurs et transducteurs (microphones, rétines, senseurs thermiques, optiques, de pression, de position, de vitesse, d'accélération et en général de toutes les grandeurs physiques et chimiques).
On distingue essentiellement les signaux analogiques d'une part, qui sont produits par divers capteurs, amplificateurs, convertisseurs numérique-analogique, des signaux numériques d'autre part, issus d'ordinateurs, de terminaux, de la lecture d'un support numérique ou d'une numérisation par un convertisseur analogique-numérique.
