推理，对于某些不爱动脑筋的人来说，也许是枯燥无味的，然而，在推理侦探小说的热心者看来，它是小说的精华所在，是最能提神的兴奋剂。
其实，推理小说里的推理，并非从头至尾都在进行，要是那样无间断地推理，小说还有什么趣味可言？小说的推理，总是在对人物、事件的充分描述的基础上，在侦探剖析案情的最佳时刻才出现的。因此，最后由侦探洋洋得意地解析案情，往往成为小说结尾的一种模式。
在推理侦探小说里，推理有着特殊的地位和作用，它是解开疑团的钥匙，是侦探识别真假罪犯的手段。正如艾勒里·奎恩侦探所说：“实际上，擒获佩珀先生的，乃是我那铁面无私的老战友，逻辑，希腊原文Logos，并且，我相信它将是一切阴谋诡计的克星。”（《希腊棺材之谜》）
福尔摩斯说得更加自信：“对于一个在观察和分析上素有锻炼的人来说，‘欺骗’是不可能的事。”（《血字的研究》）华生对他的高论不以为然，甚至觉得荒唐可笑。这时刻，恰巧门口走来一个送信人，福尔摩斯断定此人是退伍的海军陆战队的军曹。一问，果然不差。福尔摩斯解释道：“我隔着一条街就看见这个人手背上刺着一只兰色大锚，这是海员的特征。况且他的举止又颇有军人气概，留着军人式的络腮胡子；因此，我们就可以说，他是个海军陆战队员。他的态度有些自高自大，而且带有一些发号施令的神气。你一定也看到他那副昂首挥杖的姿态了吧。从他的外表上看来，他又是一个既稳健而又庄重的中年人所以根据这些情况，我就相信他当过军曹。”华生一听，情不自禁地喊道：“妙极了！”
从一人的外表标志、表情、举动推测出这个人的身份，这是一种比较直感的简单的推理。不过，即使如此简单，也足已使人佩服。
在分析判断案情时，侦探运用的推理方法主要有以下三种。
（1）演绎推理方法
演绎就是根据一般的原理，也即所谓大前提和小前提，推出关于特殊情况下的结论。
如《希腊棺材之谜》，艾勒里在分析凶手必须具备三个条件时说：“一、他必须是能够制造陷害卡吉士和史洛安的假线索的。二、他必须是恐吓信的作者。三、他必须是在诺克斯的房子里，才得以用打字机打出第二封恐吓信。”这三个条件是从一系列事件中总结出来的，是划定凶手的一般原则，即所谓的大前提。谁具备这三个条件，谁就是凶手。只有佩珀副检察长具备这三个条件（小前提），所以，佩珀副检察长是凶手（特殊的结论）。逻辑学告诉我们：如果大前提和小前提是真实可靠的，推理不违反规则，那么，结论也必然是真实可靠的。这就是严酷无情的逻辑。
然而要确立大前提和小前提，本身就不是一件轻而易举的事，它必须有事实做根据。这就要求侦探不但要掌握大量事实和细节，而且还要对一系列情况做出合乎逻辑的推测和判断。比如，前面提到的第三个条件“他必须是在诺克斯的房子里，才得以用打字机打出第二封恐吓信”。谁符合这个条件呢？这就需要对一系列疑难问题做出判断：一、诺克斯雇用了八个佣仆，其中有没有帮助凶手打出第二封信的同谋？二、诺克斯本人是否清白无辜？三、诺克斯的女秘书布莱特小姐是不是凶手或同谋？根据事实推断，居住在诺克斯屋子里的十个人，既非凶手，也非同谋。四、除这十个人，还有谁在收到第一封信和第二封信之间这段日子里，能够进出诺克斯这座楼房呢？唯一一个人是佩珀副检察长。由于艾勒里侦探对第三个条件进行一系列缜密的无懈可击的推断，才使小前提佩珀副检察长具备第三条这一判断得以成立。
运用演绎推理以排除各种假象，揭示真相，乃是侦探惯用的一种绝招。柯南道尔有篇小说叫《皮肤变白的军人》，写一位从南非回来的退伍军人，到某庄园探望一位老战友。对于他的来访，庄园主态度冷漠，说他儿子周游世界去了。退伍军人偶然发现他友人被禁锢在庄园的一间房子里，他想会见友人，却被主人逐出庄园。他担心友人遭到不测，便求助于福尔摩斯。案子很快就侦破了。福尔摩斯介绍说：“我的方法，就建立在这样一种假设上面：当你把一切不可能的结论都排除之后，那剩下的，不管多么离奇，也必然是事实。”接着，他对此案作了如下分析：
起初，提到我面前的有三种可能的解释，可以说明为什么这位先生在他父亲庄园的小屋里被隔离或禁锢起来。可以认为他是由于犯罪而逃避，或者是由于精神失常而不愿住疯人院，最后是因为有某种疾病而需要隔离。我想不出其它解释。那么，就需要把这几个结论加以对比和甄别。
犯罪之说是不能成立的。本地区并没有尚未破案的犯罪报告，这我十分清楚。如果说是尚未暴露出来的犯罪，那从家族利益来说应该是把他弄走或是送出国外，而不是藏在家里。
精神失常的可能性要更大一些。小屋里有的第二个人可能是看守人。他走出来以后把门倒锁上，这就加强了上述假设，说明可能是强行禁闭。但另一方面，强制不可能是很严的，否则这个青年就不会跑出来去看一眼他的朋友了——但是，只要有医生陪同并上报当局，把疯人留在家里是合法的事。为什么这样拚命保密呢？因此精神失常的假想也不能成立。
剩下的第三个可能，看来虽然稀奇，却是完全符合实际情况的。麻疯在南非是常见病。由于特殊的机遇，这位青年可能受到感染。这样一来，他的家属处境就十分困难了，因为他们不愿把他交给麻疯隔离病院。为了不露风声，不受当局干涉，必须严守秘密。如果给以适当报酬，不难找到一位忠实的医生来照顾病人。也没有理由在晚上不让病人出来。肤色变白是这种病的普通症状。这个假设的论据是十分充足的，以致使我决心把它当做已被证实了那样来行动。当我初到这里，发现给小屋送饭的拉尔夫戴着浸了消毒水的手套，这时候我连最后的疑点也消除了。
这里要注意的是：假设的情况应当是可能出现的情况的全部，其中可以有九十九个是虚假的，但必须有一个是真实的。福尔摩斯在这里提出三种假设，前两种是虚假的，后一种假设因麻疯而被隔离则是真的。
排除法经常被侦探用来排除嫌疑对象，把清白无辜的人从嫌疑犯之列解脱出来。日本石泽英太郎的《五岛福江之行》（奎恩编《日本杰作推理十二选》），写刑警津田良雄运用排除法，解救了一对青年恋人。故事说的是理发店老板深夜在其养女琉璃子的房间里被刺身亡，琉璃子供称：深夜有一男人闯进房间要欺辱她，她被吓昏了，等清醒过来，发现自己手里拿着一把水果刀，养父已死在身旁，是她杀的。青年理发师说：半夜，他听到走廊有脚步声，跟至琉璃子房间，看见店老板欲行非礼，便拿起水果刀将老板刺了五六刀，后逃回自己屋里。
居然有两个人自称是杀人凶手。津田刑警对他们的供词做了严格、细致的推敲。琉璃子是个十七岁的盲女，那时处于昏迷状态，怎能只用一刀就致一个强壮的男人于死地？青年理发师说他在店主身上刺了五六刀，而店主身上总共只有一处刀伤，他为什么要撒谎？显然，这对恋人都以为对方杀了人，为了袒护恋人，都自称是凶手。
AB-A=B
B-B=0
这就是津田刑警的方程式。凶手既不是琉璃子，也不是青年理发师。后来查明，是该店的另一个店员，那人深夜闯入盲女房间，被店主发觉；店员走投无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里，而后逃离现场。
（2）归纳推理方法
同演绎相对，归纳是由特殊到一般，也即由一系列特殊的事实概括出一般结论的一种推理方法。
如《狮鬃毛》，写一位教员惨死于海滨咸水湖畔，身上布满网状的创伤；死前嘴里迸出三个字：“狮鬃毛”。福尔摩斯一星期后仍找不到线索。后来一头狗又在它主人遇难的地点痛苦死去。警察怀疑数学教师是凶手，因为他是死者的情敌。不久数学教师也在咸水湖边遭受重伤差点丧命。福尔摩斯从一本书上得到启发，立即奔赴现场，终于揪住“罪犯”隐藏在碧绿湖水深处的一团状如狮鬃毛的有毒螫刺动物氰水母。福尔摩斯找到这个答案，正是借助于归纳法。其推理过程是这样的：甲教员在咸水湖边受伤身亡；狗在咸水湖边受伤死去；乙教员在咸水湖边受伤几乎丧命。他们都触及湖水中“狮鬃毛”的毒丝。所以，凡触及“狮鬃毛”毒丝者都有死亡危险。
再如法国莫里斯·勒布朗的《死神在游荡》（《折光暗语》之六），在运用归纳法方面，也是颇具特色的。一头恶犬挣断铁链，追咬一位金发姑娘，危急之际，一声枪响，恶犬应声倒地。原来，亚森·罗平侦探从一封丢弃于路边的未完成的信里得悉，特地赶来城堡救她。金发姑娘很惊讶，说信是她写给女友的，未写完就撕了，丢在路边。她还说，自己并没有受到死亡的威胁。亚森·罗平说，他从信里得知，十月底的一天，她坐在阳台上看书，差点被屋檐上掉下的石头砸着；十一月的一个傍晚，她穿过菜园时，一颗子弹从她耳边呼啸而过；上个星期，她走过院子那座小木桥，桥突然蹋陷幸亏抓住一条树根，才幸免于难。姑娘认为这不过是偶然事故罢了。亚森·罗平说：“不，小姐。这样的偶然要是只出现一次，也就罢了..两次也还勉强..可是又出现了第三次！..我们不能设想偶然会连续三次来开玩笑，并且在那样奇怪的情况下反复重演。所以我觉得自己应当来助你一臂之力。”后来事实证明，亚森·罗平的推论是正确的。
从一个个具体现象入手，寻找出产生这一系列现象的共同原因，这是归纳法在侦破疑案中的具体应用。不过，由于归纳法有它自身的局限性（一般都使用不完全归纳法），侦探对归纳出来的结论，往往还得借助演绎法加以验证。如上例，福尔摩斯从书上找到一条资料：“这动物伸出一种几乎看不见的丝状体，长达五十英尺，凡是触到丝状体的人都有死亡的危险。”这是一个有力的论据，可作为演绎推理的大前提。如果再加上一个小前提：某人触到氰水母的丝状体。那么结论就是：某人有死亡的危险。这结论真实可靠吗？是的，真实可靠。这样，归纳出来的结论便无懈可击了。
同演绎法相比较，归纳法可使用的场合，显然要少得多。因为侦探面临的问题是，他必须对有疑问的个别人或事作出明确的判断，而演绎法正是开启这类难题的钥匙。
（3）类比推理方法
所谓类比法，就是根据两种事物在某些特征上的相似点，作出它们在其他特征上也可能存在相似点的结论。
有一次，福尔摩斯对华生说：“犯罪行为都有它非常类似的地方，如果你对一千个案子的详情细节都能了如指掌，而对第一千零一件案子竟不能解释的话，那才是怪事哩。”（《血字的研究》）这话很有道理。
有经验的侦探在办案过程中，总要充分利用自己积累的有关犯罪史方面的知识，同眼下接办的案子加以比较，从中发现相似点，以便制定出解决难点的行动方案。在这里，侦探们实际上是运用了逻辑学上称为类比的推理方法。
日本颇负盛名的推理小说家松本清张的小说《奇特的被告》，就是运用类比法识破案犯阴谋诡计的范例。有个高利贷者被害，警察逮捕了嫌疑犯植木寅夫。在警官面前，植木寅夫供认不讳：他向被害人借了高利贷，无力偿还，便将他杀了；凶器是死者家屋檐下的一根劈柴；他从死者的手提保险匣里取出五张借据，点火烧掉，又把手提保险匣丢在水池里。但是，当检察官审讯被告时，他却推翻以前的供词，否认自己与谋杀案有关，还说原先的供词是在警察的诱、逼供下作出的。在原岛律师的辩护下，法庭作出判决：凶器劈柴宽度四公分左右，被害人头部被击，头骨扁平处有手掌大，两者不相吻合，可见劈柴与本案的凶器无涉；保险匣有里有五张借据被烧掉，而植木寅夫的借据依旧留在匣里，可见被告与销毁借据没有必然联系。因此，宣判被告无罪释放。事过一年，原岛律师读了英国法官詹姆斯·海顿写的《无罪判决案例研究》，其中有个案例：一位有钱的寡妇被害，房子也被烧光了。警察逮捕一名嫌疑犯卡马顿。在警察面前，卡马顿交代说：晚上七点钟左右，他带一根铁器去寡妇家准备盗窃，当寡妇开门时，他就用铁器猛击她的脸部；为了灭尸，又设法使煤油灯滚落地上，引起火灾。但到审讯时，卡马顿又翻供了，说以前的交代是被逼的，无效的。法庭最后以证据不足宣判被告无罪。理由是：被害人脸部伤处的宽度，比被告人交代的铁器大三倍以上，可见交代的铁器与行凶的铁器无涉；地板上无滚落的煤油灯迹象，可见煤油灯之说是不可信的。原岛律师读罢暗吃一惊，真是无独有偶！卡马顿用宽度明显不同的铁器充当凶器，警察上当受骗，误作物证；植木寅夫如法炮制，把铁器换成劈柴。卡马顿交代用煤油灯烧了房子，现场却没有煤油灯迹象；植木寅夫说烧掉匣里五张借据，可自己的借据却依旧留在匣里。卡马顿翻供，植木寅夫也翻供，植木寅夫曾在一爿专营法律方面书籍的书店任过职。原岛律师断定，植木寅夫肯定读过《无罪判决案例研究》这本书，仿照卡马顿作案伎俩，蒙骗了警察和为他辩护的律师，逃过法律的制裁。就这样，原岛律师通过类比推理，终于识破了植木寅夫耍弄的伎俩，还他以罪犯的本来面目。但遗憾的是，在原岛律师醒悟过来之前，罪犯已逃之夭夭，不知去向了。
这里需要注意的是，无论演绎法或归纳法，或类比法，借以推论的前提，都必须真实可靠，否则，侦察方向就有可能偏离正轨，误入歧途，甚至能导致错误的结论。如《希腊棺材之谜》中的艾勒里侦探，在搜查古董商卡吉士的房间时，发现两个重要情况：一、盲人卡吉士，死去那天早上，按着装程序，他应当系着侍从给他准备的绿色领带；但他事实上却系着一条红色领带；他自己还打电话订购了六条红领带。卡吉士能辨色选择领带，说明他视力已经恢复。二、卡吉士头天晚上招待两位客人，连同自己，共有三人在座喝茶，从三只茶杯注满茶水的渍痕可以得到证实；但茶壶只倒出一杯水，泡了一杯茶，这说明客人只有一个而不是两个。卡吉士本人从不喝茶，却用同一杯水依次倒入各个杯子，制造假象。因此，所谓三人在座，实际只有两人：一个是被害人格林肖，另一个是卡吉士本人，也即陪伴格林肖进屋的“上下全裹住”的人。由此推断：凶手是卡吉士。正当艾勒里洋洋洒洒地进行论证时，当事人诺克斯却当场指出这结论是错误的，艾勒里羞愧得无地自容。为什么演绎会出差错？后来查出：领带颜两人都说是被警察逼的。两个案情何其相似！据查色不对，不是卡吉士能辨别红绿，而是侍从患有色盲症，把红的看成绿的；茶杯的茶渍和壶里的水，是副检察长做的手脚，诱使艾勒里落入圈套。
在《海滨古宅险情》里，波洛也出现类似差错，不过不是演绎而是归纳上的错误。波洛在一家饭店的露台上拾到一颗飞来的子弹头，接着又看到尼克小姐帽沿上有个弹洞，便提醒她：有人向她开枪。尼克小姐说：这是第四次的意外事故了。第一次，她床头上面挂着的一幅大油画，夜里掉了下来，差点把头砸扁。第二次，她去海边游泳，走在路上，山上滚下一块石头，从她身边擦过。第三次，她的汽车刹车出故障，闯进月桂树篱，幸好没出事故。波洛听后即时做出推断：连接发生四次可能使她丧命的事故，看来不是偶然的，而是有人故意制造的。由此可知，有人想置她于死地。后来，波洛才发觉，这一系列事故原来是尼克小姐自己伪造的，为的是让波洛产生错觉，认为她是受害者，以便她把谋害堂妹之罪嫁祸于人。
用虚假情况做前提，无论侦探多么高明，推理多么严密，其结论也只能是虚假的。难怪才气横溢的艾勒里和老谋深算的波洛，都在这上头栽过跟斗。