การวิเคราะห์สเปกตรัมฮิลเบิร์ตเป็นวิธีการวิเคราะห์สัญญาณที่ใช้การแปลงฮิลเบิร์ตเพื่อคำนวณความถี่ทันทีของสัญญาณตาม

${\displaystyle \omega ={\frac {d\theta (t)}{dt}}.\,}$

หลังจากทำการแปลงฮิลเบิร์ตกับแต่ละสัญญาณแล้ว เราสามารถแสดงข้อมูลในรูปแบบต่อไปนี้ได้:

${\displaystyle X(t)=\sum _{j=1}^{n}a_{j}(t)\exp \left(i\int \omega _{j}(t)dt\right).\,}$

สมการนี้แสดงทั้งแอมพลิจูดและความถี่ของแต่ละองค์ประกอบเป็นฟังก์ชันของเวลา นอกจากนี้ยังช่วยให้เราสามารถแสดงแอมพลิจูดและความถี่ทันทีเป็นฟังก์ชันของเวลาในกราฟสามมิติได้ โดยที่แอมพลิจูดสามารถแสดงเป็นเส้นโค้งบนระนาบความถี่-เวลาได้ การกระจายความถี่-เวลาของแอมพลิจูดนี้เรียกว่า สเปกตรัมแอมพลิจูดของฮิลเบิร์ต หรือเรียกสั้น ๆ ว่าสเปกตรัมฮิลเบิร์ต

วิธีการวิเคราะห์สเปกตรัมของฮิลเบิร์ตเป็นส่วนสำคัญของการแปลงฮิลเบิร์ต-ฮวง