Een covariantiematrix is in de kansrekening en statistiek een matrix met als elementen de paarsgewijze covarianties van een -tal toevalsvariabelen of hun schattingen.

Populatie
Betreft het de populatie, en worden de  toevalsvariabelen  voorgesteld door de vector , dan is de covariantiematrix:

,

dus een -matrix  met als -e element:

Steekproef
Gaat het om een steekproef van omvang  uit de populatie van de  toevalsvariabelen , dan wordt als schatter van de bovengenoemde covariantiematrix  vaak de (steekproef)covariantiematrix  berekend, bepaald door de schattingen van de elementen van , dus:

waarin een stip als index aangeeft dat over de betrokken index gemiddeld is.

Eigenschappen 
 Een (reële) covariantiematrix is symmetrisch en positief semi-definiet.
 Op de hoofddiagonaal van de covariantiematrix staan de varianties van de afzonderlijke toevalsvariabelen.
 Voor een -matrix  geldt:  .
Voor verschuiving over een vector  geldt:  .
 Als  en  ongecorreleerde vectoren van toevalsvariabelen zijn, geldt: .

Zie ook 
Simultane verdeling
Multivariate normale verdeling

Statistiek
Kansrekening