Die Testtheorie ist ein Teilbereich der Messtheorie, der u. a. in der Differentiellen Psychologie und Psychologischen Diagnostik Verwendung findet.
In der Psychometrie beruht eine Testtheorie auf einem mathematischen Modell, das bestimmte statistische Zusammenhänge zwischen bestimmten Merkmalen und empirischen Testwerten erwarten lässt. Nach einer Testdurchführung schließt man mit Hilfe der Testtheorie von den Testergebnissen auf die Merkmale zurück. Die Testtheorie liefert ferner Gütekriterien psychodiagnostischer Verfahren, anhand derer die Qualität des Tests beurteilt werden kann. Hauptanwendungsfeld ist damit die Testkonstruktion, also die Gestaltung von Tests, die die Gütekriterien optimieren.
Die gebräuchlichsten sind die Klassische Testtheorie und Probabilistische Testtheorie (Item Response Theory).