语言学是对语言进行科学研究的学科，研究其组织方式、意义、使用、习得和变化。它既研究具体的语言，也研究不同语言共有的特性，所依据的证据来自口语、手语、书面文本和实验。这一学科涵盖结构、认知、社会、历史和计算等方面的研究。不同于以实际掌握语言为目的的学习，也不同于对“正确”用法的规定，语言学主要致力于描述语言中的规律，并解释这些规律如何形成。
研究范围与基本区分
语言学家将口语和手语都视为发展完备的语言系统加以研究。文字通过约定俗成的视觉或触觉符号来记录语言，但语言并不依赖文字。历史上，许多语言一直没有书写传统。
描述与规范之间的区分是语言学的一项核心区分。描述性研究考察人们实际如何交流，而规范性规则则规定特定机构或场合所推崇的表达形式。标准变体是正当的研究对象，但非标准变体同样具有系统的语法。在语言学中，语法可以指说话者内在的语言系统，而不一定是一本列举认可表达方式的手册。
另一项区分是共时分析与历时分析：前者考察某一时期的语言，后者研究语言随时间发生的变化。研究者还区分语言知识及其在具体情境中的实际运用；在这些情境中，记忆、注意力、互动和交际目标都会影响语言表现。
语言结构的层次
语音学研究语音的产生、物理特征和感知。音系学研究语言如何组织语音；对于手语，则研究手势中具有区别作用的组成要素。音位是语言语音系统中具有区别作用的单位：将一个音位换成另一个音位，可以区分不同的词，例如英语中的 pat 和 bat。音系学研究还涉及音节、重音、声调和语调。
形态学（语言学）研究词的结构，包括词根、词缀以及复合等构词过程。例如，英语 cats 包含一个名词词根和一个复数后缀。不同语言在单个词内能够表达多少信息，存在显著差异。
句法研究词如何组合成短语和句子，包括语序、一致关系和结构依存关系。语义学研究语言的意义，包括较大表达式的意义与其组成部分的意义之间有何关系。语用学研究语境中的理解：“你能把窗户打开吗？”可以起到请求的作用，而不只是询问对方是否有能力开窗。
这些领域相互作用，并非完全独立的层次。词的结构可以影响发音，句子结构会制约意义的理解，而语境则会影响说话者选择哪些表达方式。
历史发展
对语言的系统性思考在多个学术传统中都有发展。波你尼的梵语语法通常被认为成书于公元前第一千纪，对语法规律作出了高度明确的描述。古希腊和古罗马学者研究了词的类别以及语言与思维的关系；中国的学术传统则在文本解释、语音和字形分析方面积累了大量成果。
19世纪，对亲属语言的比较推动了历史语言学成为一个主要研究领域。语音之间有规律的对应关系，为重建早期语言形式和识别语系提供了依据。仅凭词汇相似并不能确定语言具有共同来源，因为相似性也可能源于借用或巧合。
20世纪初，费尔迪南·德·索绪尔的研究推动了将语言视为关系系统的研究取向的确立。其他传统，包括美国描写语言学，也发展出了详细的语言记录方法。此后，生成语法研究能够刻画说话者语法知识的形式系统。功能主义研究取向、基于使用的理论以及构式语法则提出了不同的解释，强调交际、经验以及形式与意义之间的关联。
变异、认知与比较
社会语言学考察语言与社会生活之间的关系，包括与地域、社会网络、身份和场合有关的语言变异。方言是一种语言变体，并非天生有缺陷的标准语版本。语言与方言之间的界限，除了涉及相互理解的程度，还可能涉及历史和制度因素。
关于多语现象的研究考察多种语言的使用、语言接触以及语码转换等实践。语言类型学通过比较不同语言，识别反复出现的模式，并探究结构多样性的界限。
语言习得研究考察儿童如何发展语言能力，以及人们如何学习其他语言。心理语言学研究语言的理解、产出和加工，神经语言学则研究语言与大脑之间的关系。这些领域使用行为和生理方面的证据，但不会假定单一实验任务能够反映整个语言系统。
证据与研究方法
语言学证据包括会话录音、通过诱导获取的语言实例、说话者的判断、历史文献和受控实验。田野调查通常需要与语言使用者合作，记录词汇、语法模式和交际实践。国际音标提供了一套可用于表示不同语言语音的符号规范。
语料库语言学分析系统汇集的语言数据。语料库可以揭示频率、搭配以及不同体裁之间的变异，但研究结果取决于抽样和标注。例如，以经过编辑的新闻为主的语料集，并不能自然代表日常会话。
研究者运用统计学来评估规律和不确定性。严谨的分析会考察结果能否推广到不同的说话者、语言和任务。语言记录工作也会引出知情同意、录音访问权限，以及社群对敏感材料的管理权等问题。
应用
语言学研究有助于语言教学、词典编纂、语言记录和语言评估。应用研究还考察使用多种语言的机构、口译以及职业环境中的沟通。
计算语言学构建语言的形式模型和计算模型。它与自然语言处理存在交叉，涉及机器翻译和语音识别等领域。这类系统可以结合语言学分析与统计学习。其表现取决于数据中涵盖的语言、语言变体和使用情境；在基准测试中取得成功，本身并不意味着系统具备类似人类的语言理解能力。