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  在一個簡單的替換密碼中,明文中的每一個字母都被另一個字母替換,而且明文中相同的字母在轉換為密文時總是被同一個字母所替換。比如,所有的e都會被替換成 X.一個含有大量X的密文訊息會向密碼破譯者暗示X替換e.

  現假設愛麗絲與鮑伯中的伊夫截獲了一段密碼(列於下方),它使用了一個簡單替換密碼進行加密: 在這個例子中,大寫字母表示密文,小寫字母則表示明文(或猜測在這樣),而X~t用來代表一個關於:密文X 代表明文t的猜測。  伊夫可以使用頻率分析,以下面的訊息來幫助解決密文大意:單字母中I最為常見;XL是最為常見的雙字母組;而XLI則為最為常見的三字母組,且密文中找不到D。根據英文的字母分佈,e是最常見的單字母,th是最為常見的雙字母組,而the則為最為常見的三字母組。因些她猜測X~t、L~h及I~e。第二個密文中最常見的字母是E;t是英文中第二常見的字母,因此應該是E~t,但由於已假設X~t,所以伊夫暫且假設E~a。姑且讓這些假設進行解碼,獲得以下的(部分)已解密訊息。  使用這些初始的猜測,伊夫發現了某些規律,來讓她可以確認其猜測,例如"that"。此外,其他規律則建議了進一步的猜測:"Rtate"可能是"state",即R~s。同樣,"atthattMZe"可以是"atthattime",寫出M~i及Z~m。而且,"heVe"可能是"here",給出V~r。再填入本來的密文,獲得:  反過來,這些猜測還建議一些例子(例如"remarA"可能是"remark",即A~k)。接著,相對簡單地就可推斷出其餘字母,最終產生明文:  到了此時,伊夫便可以加上空格及標點符號:  其實這個例子是來自金甲蟲,正好伊夫的猜測全部正確。這並非總是如此,個別明文中的統計資料變化可能意味著最初的猜測並不正確。這樣可能就要做回溯法來更正錯誤或進一步推測。  明文中沒有表現出預期的字母頻率分佈也有可能。越短的訊息越會表現出其更多的變化。明文字來就是經過人為扭曲的文字,例如整篇明文沒有了一些字母,通常會是最常見的「e」,這樣就稱為漏字文。

  第一個已知頻率分析(事實上,是任何一種密碼分析)的解釋是在9世紀時,阿拉伯博學家-肯迪所著的《手稿上破譯加密訊息》之上。 它對於古蘭經的文字研究發現阿拉伯文有一個特別的字母頻率。其使用快速蔓延,類似的系統在文藝復興時期的歐洲國家十分流行。1474年,Cicco Simonetta 寫了一本手冊,上有關於破譯已加密的拉丁語和義大利語文字。  密碼學家為加強簡單替換加密,使用了數項措施,包括:  所有這些抵禦頻率分析攻擊的嘗試都有一個缺點:它增加了加密和解密的難度,可能導致使用失誤。而最著名的的事件如下:最初英國外交部拒絕使用波雷費密碼,認為它太複雜。當惠斯登證明鄰近學校的四個男孩中,有三個可以在15分鐘內學會這種方法,外交部副祕書長的迴應是:「這是有可能的,可惜你不能教曉那些高層人員。」  20世紀首50年,旋轉盤的使用興起(例如,恩尼格瑪密碼機),其基本上不會受到直接頻率分析攻擊。然而,其他種類的分析成功解譯了其中一些資訊(其中最著名為Ultra計劃)。 頻率分析只需基本瞭解明文字母的統計,以及一些解決問題的能力,而且此方法可用人手解譯。在第二次世界大戰期間,英國與美國同時使用各大報紙上字謎和密碼比賽來招募解碼專家。軸心國中使用了某些很容易遭頻率分析破解的密碼(例如日本第二次世界大戰時的領事密碼)。機械替換加密或解密亦於第二次世界大戰之時開始使用。現時,頻率分析基本上全由電腦來完成,因此,現時替換式密碼很容易就被破解。

  柯南‧道爾所寫的偵探小說《福爾摩斯‧歸來記》中《跳舞的人》篇中,福爾摩斯就在牆上看到五個跳舞人的畫,他從英語用語對答的常用性與英語使用頻率最高的字母E猜出了其中一次跳舞人畫所代表的字為Never,從而破解了字謎。  愛倫坡的《金甲蟲》亦是一小說有密文的例子。
頻率分析在數學、物理學和訊號處理中是一種分解函式、波形、或者訊號的頻率組成,以獲取頻譜的方法。