In de Measure-fase is een beeld verkregen van de huidige status van het proces en de aard en omvang van het probleem. In De Analyze-fase beoordeel je het huidige proces en probeer je op basis van verdere analyse de hoofdoorzaken te achterhalen van de gesignaleerde problemen.

Op basis van proces- en grafische/statistische data worden eerst alle mogelijke oorzaken verzameld. Je identificeert eerst alle mogelijke invloedsfactoren.  Door verdere analyse en toepassing van statistische methoden, probeer je de uitgebreide lijst met mogelijke oorzaken in te perken tot een klein aantal grondoorzaken (ook wel de Vital Few of Red X's genoemd).

Voor het ontdekken en valideren van de grondoorzaken zijn twee soorten analyses nodig. In de eerste plaats neem je de data die verzameld werd in de Measure-fase verder onder de loep. Deze analyse wordt de data-analyse genoemd. Daarnaast onderzoek je ook de waardestroom op mogelijke verspilling (procesanalyse). Het uitvoeren van data-analyse wordt ook wel de 'datadeur' genoemd en het analyseren van de waardestroom (procesanalyse) de 'procesdeur'.

De essentie van de Analyze-fase kan als volgt worden gevisualiseerd:

Bij de data-analyse verifiëer je de mogelijke grondoorzaken met behulp van grafische en statistische technieken, zoals het toepassen van (a) tabellen, grafieken en kengetallen om de gegevens samen te vatten en te presenteren, (b) regressieanalyse om de relatie te onderzoeken van invloedsfactoren op het resultaat, en (c) het uitvoeren van hypothesetesten om aan te tonen welke hoofdoorzaken statistisch significant zijn.

Bij procesanalyse wordt de nadruk gelegd op het onderzoeken van de efficiëntie van het proces. Dit doe je met instrumenten die gebruikt kunnen worden voor het analyseren van risico's, het identificeren van verspillingen en het onderscheiden van activiteiten die waarde toevoegen en activiteiten die geen waarde toevoegen. Het gaat vaak om de meer Lean-georiënteerde technieken, zoals: Ishikawa, FMEA, VSM, Process Mapping, 5x Why, VA vs NVA, Lean-metrics (Little's law, Taktijd, PCE). De belangrijkste analytische tool voor procesanalyse is de VSM. Met een VSM visualiseer je het proces op papier en beoordeel je vervolgens voor processtappen of ze waardetoevoegend of niet-waardetoevoegend zijn.

Data- en procesanalyse zijn erop gericht het probleem/proces te doorgronden en de oorzaken te vinden van de procesvariabiliteit. Het doel is vast te stellen wat de hoofdoorzaken zijn en hoe deze het probleem beïnvloeden. Hierbij zoek je dus naar de causale verbanden tussen invloedsfactoren (X'en) en de output (Y) en onderbouw je dit met feiten. De gevonden relaties tussen input (X) en output (Y), verklaren niet alleen hoe het komt dat de huidge prestaties zijn zoals ze zijn, maar vormen ook de basis voor het in de Improve-fase zoeken naar de oplossing(en). Anders gezegd: de gevonden grondoorzaken geven aan wat de korte-, middellange- en langetermijnkansen zijn voor het verbeteren van het proces.