En tilfellestudie er en metode som brukes ved kvalitative undersøkelser innfor forskning ved at man fordyper seg i en hendelse eller et tilfelle. I stedet for å lage en stor undersøkelse og spørre mange etter en rigid protokoll for å undersøke noen få variabler, bruker tilfellestudie-metoder en dyptgående undersøkelse av en hendelse eller et tilfelle. På denne måten skaffer man seg en dypere forståelse av hvorfor noe skjedde. Metoden ble først etablert innen medisin, men har spredd seg til en rekke forskjellige områder.
Tilfellestudier kalles også noen ganger for casestudie eller casestudy (engelsk: case study), kasusstudie eller eksempelstudie (ikke til å forveksle med pilotprosjekt).