평문 한 글자를 다른 글자(또는 숫자나 기호 따위)로 1대1로 변환해서 암호문을 작성하는 단일 환자식 암호에는, 평문과 암호문으로 대응하는 문자의 출현빈도가 일치한다는 특징이 있다. 일반적으로, 평문 문자의 출현빈도는 특정 문자에 치우쳐 있으며, 문장에 상관 없이 거의 일정하기 때문에, 평문 문자의 출현빈도와 암호문 문자의 출현빈도를 대조하는 것으로 평문과 암호문의 문자 대응관계를 특정할 수 있으며, 따라서 암호문을 해독할 수 있다.

사용되는 문자의 종류와 그 출현빈도는 언어에 따라 달라지기 때문에, 빈도분석을 하는 것으로 평문의 언어를 특정할 수 있다. 더욱이, 조직이나 개인에 따라서도 출현빈도에 차이가 있는 경우가 있으며, 빈도분석의 정밀도를 향상시키는 데에 이용된다. 또한, 암호문은 문자로 구성된다고 한정할 수 없으며, 숫자와 기호가 함께 쓰이는 일도 있다. 예를 들면, 평문의 한 글자에 두 자릿수를 대응시키는 폴리비오스의 암호표가 있다. 이 경우에는 암호문의 두 자릿수 숫자가 평문의 한 글자에 대응하는 것을 추정해놓은 상태에서 빈도분석을 시도하게 된다.

빈도분석이 유효한 것은 주로 고전암호의 환자식 암호이며, 9세기에 아라비아인 킨디가 집필한 암호문서의 해독에 관한 수기에 이 해독법의 기술(記述)이 있다. 15세기 즈음에는 르네상스를 통해 유럽에도 퍼져, 비즈네르 암호와 같은 다표식 환자(多表式換字)를 고안하는 동기가 되었고, 20세기에 이를 때까지 새로운 암호방식의 제안과 빈도분석을 바탕으로 하는 해독법의 개량이 되풀이되었다. 20세기 초두에 개발된 기계식 암호에 의해, 단순한 빈도분석은 적용하기 곤란해졌으며, 암호해독은 알고리즘의 수학적 분석을 수반한 연구로 변질해갔다. 현대암호에서는 암호문 단독공격보다도 복잡한 기지평문(旣知平文)이나 선택암호문 조건에서도 안전함을 목표로 설계되어, 이 분야에서는 평문의 언어적인 특징을 단서로 하는 빈도분석은 극복되었다.

빈도분석 방식은 암호를 해독하는 데에만 쓰이는 것이 아니라, 고대문자의 해독에도 이용된다.
평문 두글자에 숫자 하나를 대입하는 암호는?
폴리비오스의 암호표