De aard van causaliteit wordt systematisch onderzocht in verschillende academische disciplines, waaronder filosofie en natuurkunde.
In de academische wereld bestaat een aanzienlijk aantal theorieën over causaliteit; The Oxford Handbook of Causation (Beebee, Hitchcock & Menzies 2009) omvat 770 pagina’s. Tot de invloedrijkste theorieën binnen de filosofie behoren de Vier oorzaken van Aristoteles en het occasionalisme van Al-Ghazali. David Hume stelde dat overtuigingen over causaliteit gebaseerd zijn op ervaring, en ervaring is op haar beurt gebaseerd op de aanname dat de toekomst het verleden modelleert, dat op zijn beurt alleen gebaseerd kan zijn op ervaring – wat leidt tot cirkelredeneringen. Tot besluit stelde hij dat causaliteit niet gebaseerd is op feitelijke redeneringen: alleen correlatie kan feitelijk worden waargenomen. Immanuel Kant was volgens Beebee, Hitchcock & Menzies (2009) van mening dat “een causaal principe volgens hetwelk elke gebeurtenis een oorzaak heeft, of volgt volgens een causale wet, niet door inductie kan worden vastgesteld als een zuiver empirische bewering, omdat het dan strikte universaliteit, of noodzakelijkheid zou ontberen”.
Naast de filosofie zijn er causale theorieën te vinden in de klassieke mechanica, de statistische mechanica, de kwantummechanica, ruimtetijdtheorieën, de biologie, de sociale wetenschappen en het recht. Om binnen de natuurkunde een correlatie als oorzakelijk vast te stellen, wordt gewoonlijk aangenomen dat oorzaak en gevolg met elkaar in verbinding moeten staan via een lokaal mechanisme (vgl. b.v. het begrip inslag) of een niet-lokaal mechanisme (vgl. het begrip veld), in overeenstemming met bekende natuurwetten.
Vanuit de thermodynamica zijn universele eigenschappen van oorzaken ten opzichte van gevolgen vastgesteld door middel van de tweede wet van de thermodynamica, die de oude, middeleeuwse en Cartesiaanse opvatting bevestigt dat “de oorzaak groter is dan het gevolg” voor het bijzondere geval van de thermodynamische vrije energie. Dit wordt op zijn beurt weer in twijfel getrokken door populaire interpretaties van de concepten van niet-lineaire systemen en het vlindereffect, waarin kleine gebeurtenissen grote effecten veroorzaken als gevolg van, respectievelijk, onvoorspelbaarheid en een onwaarschijnlijke triggering van grote hoeveelheden potentiële energie.
Causaliteit geconstrueerd vanuit counterfactual toestandenEdit
Intuïtief lijkt causaliteit niet alleen een correlatie te vereisen, maar een contrafeitelijke afhankelijkheid. Stel dat een student slecht heeft gepresteerd op een proefwerk en denkt dat de oorzaak daarvan is dat hij niet heeft gestudeerd. Om dit te bewijzen denkt men aan de contrafeitelijke situatie – dezelfde student die hetzelfde proefwerk onder dezelfde omstandigheden maakt, maar de avond tevoren heeft gestudeerd. Als men de geschiedenis zou kunnen terugspoelen en slechts één klein ding zou veranderen (de student laten studeren voor het examen), dan zou het oorzakelijk verband kunnen worden waargenomen (door versie 1 met versie 2 te vergelijken). Omdat men de geschiedenis niet kan terugspoelen en gebeurtenissen niet kan herhalen na het aanbrengen van kleine gecontroleerde veranderingen, kan causaliteit alleen worden afgeleid, nooit precies worden vastgesteld. Dit wordt het fundamentele probleem van causale gevolgtrekkingen genoemd – het is onmogelijk causale effecten rechtstreeks waar te nemen.
Een belangrijk doel van wetenschappelijke experimenten en statistische methoden is de contrafeitelijke toestand van de wereld zo goed mogelijk te benaderen. Men zou bijvoorbeeld een experiment kunnen uitvoeren met eeneiige tweelingen van wie bekend is dat zij consequent dezelfde cijfers halen voor hun proefwerken. De ene tweeling gaat zes uur studeren, de andere gaat naar het pretpark. Als hun testscores plotseling sterk uiteenlopen, zou dat een sterk bewijs zijn dat studeren (of naar het pretpark gaan) een causaal effect heeft op de testscores. In dit geval zou correlatie tussen studeren en toetsscores vrijwel zeker causaal verband impliceren.
Goede experimentele studies vervangen gelijkheid van individuen zoals in het vorige voorbeeld door gelijkheid van groepen. Het doel is twee groepen te construeren die vergelijkbaar zijn, afgezien van de behandeling die de groepen krijgen. Dit wordt bereikt door proefpersonen uit één populatie te selecteren en willekeurig toe te wijzen aan twee of meer groepen. De waarschijnlijkheid dat de groepen zich (gemiddeld) gelijkwaardig gedragen, neemt toe met het aantal proefpersonen in elke groep. Als de groepen in wezen gelijkwaardig zijn, afgezien van de behandeling die ze krijgen, en er een verschil in uitkomst voor de groepen wordt waargenomen, dan vormt dit een bewijs dat de behandeling verantwoordelijk is voor de uitkomst, of met andere woorden, de behandeling veroorzaakt het waargenomen effect. Een waargenomen effect kan echter ook “door toeval” worden veroorzaakt, bijvoorbeeld als gevolg van willekeurige verstoringen in de populatie. Er bestaan statistische tests om de waarschijnlijkheid te kwantificeren dat ten onrechte wordt geconcludeerd dat een waargenomen verschil bestaat terwijl dat in feite niet het geval is (zie bijvoorbeeld P-waarde).