システム分析は通常、次の順序で進められる。
- 問題の定式化
- 問題を解決する代替的アプローチの選択
- 問題の解決に費やされる資源の調査
- モデルの構築
- 評価基準の選択
- 代替案の比較と意思決定
問題の定式化はシステム分析の最も重要な要素であり、問題の本質を提示すること、研究の範囲を定めること、初期データを確定すること、そして目標を特定することを含む。
問題を解決する代替的アプローチの選択は、予備的な考察にもとづき、提示された問題を解くために用いうる代替案（手段）を列挙することからなる。研究の過程で、いくつかの代替案は除外され、新たな代替案が加えられる。
問題の解決に費やされる資源の調査は、経済分析の要となる段階であり、そこで物的および金銭的な所要量が定められる。通常、兵器システムは、与えられた有効性の水準に対して費用が最小となることを基準に選ばれる。
モデルの構築は、最も本質的な要因を数学的な関係によって（解析モデル）、コンピュータによって（計算機モデル）、あるいは特別な「ゲーム」によって（ゲームモデル）表現することで、現実のプロセスのアナログを作り上げる研究の段階である。
システム分析におけるモデリングは、とりわけ数理モデリングの手法とコンピュータの発展にともなって、ますます大きな位置を占めるようになるだろう。
評価基準の選択はシステム分析のきわめて重要な段階であり、その数値によって解の成否を判断しうる量（あるいは量の体系）を定めることからなる。システム分析の方法が満足に働くためには、管理の各水準で採用される基準が一つの論理的な体系へと結びつけられていることが重要だと考えられている。最上位の水準（国防省の指導部）における最も重要な基準は、システムの費用対効果比である。
代替案の比較と意思決定は分析の最終段階であり、そこで提示された問題を解く手段が、選ばれた基準に照らして評価される。さまざまな代替案の量的な評価に加えて、ある代替案がほかより望ましいことを示す論理的な判断が提示されることもある。