Phân tích hệ thống thường được tiến hành theo trình tự sau:
- Xác định vấn đề;
- Lựa chọn các cách tiếp cận khác nhau để giải quyết vấn đề;
- Nghiên cứu các nguồn lực chi cho việc giải quyết vấn đề;
- Xây dựng mô hình;
- Lựa chọn tiêu chí đánh giá;
- So sánh các phương án và ra quyết định.
Xác định vấn đề là yếu tố quan trọng nhất của phân tích hệ thống và bao gồm việc nêu rõ bản chất của vấn đề, xác định phạm vi nghiên cứu, thiết lập dữ liệu ban đầu và xác định các mục tiêu.
Việc lựa chọn các cách tiếp cận khác nhau để giải quyết vấn đề bao gồm việc liệt kê các phương án (phương tiện) mà, dựa trên những cân nhắc sơ bộ, có thể được sử dụng để giải quyết vấn đề đã nêu. Trong quá trình nghiên cứu, một số phương án bị loại bỏ và những phương án mới được đưa vào.
Nghiên cứu các nguồn lực chi cho việc giải quyết vấn đề là một giai đoạn then chốt của phân tích kinh tế, trong đó xác định các yêu cầu về vật chất và tài chính. Thông thường, các hệ thống vũ khí được lựa chọn dựa trên chi phí tối thiểu ứng với một mức hiệu quả nhất định.
Xây dựng mô hình là giai đoạn nghiên cứu mà tại đó một tương tự của quá trình thực tế được xây dựng bằng cách biểu diễn các yếu tố quan trọng nhất thông qua các quan hệ toán học (mô hình giải tích), thông qua máy tính (mô hình máy tính), hoặc thông qua một “trò chơi” đặc biệt (mô hình trò chơi).
Mô hình hóa trong phân tích hệ thống sẽ ngày càng chiếm vị trí quan trọng hơn, đặc biệt gắn liền với sự phát triển của các phương pháp mô hình hóa toán học và máy tính.
Lựa chọn tiêu chí đánh giá là một giai đoạn cực kỳ quan trọng của phân tích hệ thống, bao gồm việc xác định một đại lượng (hoặc một hệ thống các đại lượng) mà giá trị số của nó có thể được dùng để đánh giá mức độ thành công của giải pháp. Để các phương pháp phân tích hệ thống hoạt động hiệu quả, điều quan trọng là các tiêu chí được áp dụng ở mỗi cấp quản lý phải được liên kết thành một hệ thống logic thống nhất. Tiêu chí quan trọng nhất ở cấp cao nhất (lãnh đạo bộ quốc phòng) là tỷ lệ chi phí – hiệu quả của hệ thống.
So sánh các phương án và ra quyết định là giai đoạn cuối cùng của phân tích, trong đó các phương tiện giải quyết vấn đề đã nêu được đánh giá theo tiêu chí đã chọn. Ngoài việc đánh giá định lượng các phương án khác nhau, cũng có thể đưa ra các nhận định logic chỉ ra sự ưu tiên của phương án này so với các phương án khác.