Una investigación se refiere al proceso de recopilación de información para alcanzar algún objetivo; por ejemplo, la recopilación de información sobre la fiabilidad y el rendimiento de un vehículo antes de la compra para aumentar la probabilidad de comprar un buen coche. Aplicado al ámbito penal, una investigación penal se refiere al proceso de recopilación de información (o pruebas) sobre un delito con el fin de (1) determinar si se ha cometido un delito; (2) identificar al autor; (3) detener al autor; y (4) aportar pruebas que respalden una condena en los tribunales. Si se logran los tres primeros objetivos, puede decirse que el delito se ha resuelto. Otros resultados, como la recuperación de los bienes robados, la disuasión de los individuos de participar en comportamientos delictivos y la satisfacción de las víctimas de los delitos, también se han asociado al proceso.
La teoría de la información (Willmer) ofrece una perspectiva útil sobre el proceso de investigación criminal. Según la teoría de la información, el proceso de investigación penal se asemeja a una batalla entre la policía y el delincuente por la información relacionada con el delito. Al cometer el delito, el delincuente emite «señales», o deja tras de sí información de diversa índole (huellas dactilares, descripciones de testigos oculares, el arma homicida, etc.), que la policía intenta recoger mediante actividades de investigación. Si el autor es capaz de minimizar la cantidad de información disponible para que la policía la recoja, o si la policía es incapaz de reconocer la información dejada, entonces el autor no será detenido y, por tanto, el autor ganará la batalla. Si la policía es capaz de recoger un número significativo de señales del autor, entonces éste será identificado y detenido, y la policía ganará. Esta perspectiva subraya claramente la importancia de la información en una investigación criminal.
El principal problema para la policía a la hora de llevar a cabo una investigación criminal es que no sólo se dispone de una cantidad potencialmente enorme de información, sino que a menudo se desconoce la relevancia de la misma, la información suele ser incompleta y la información suele ser inexacta. Además, para que sean útiles a la hora de demostrar la culpabilidad ante un tribunal (en el que la norma es ir más allá de toda duda razonable), las pruebas deben tener otras cualidades, y deben seguirse ciertas normas y procedimientos a la hora de recopilarlas.