多元分類可視為二元分類的延伸，可用於兩個以上的類別。如果每個示例只能指派給一個類別，則分類問題可視為二元分類問題，其中一個類別包含多個類別之一，而另一個類別則包含所有其他類別。然後針對每個原始類別重複執行相同程序。
舉例來說，在三類多類別分類問題中，您使用 A、B 和 C 標籤分類示例，可以將問題轉換為兩個獨立的二元分類問題。首先，您可以建立二元分類器，使用標籤 A+B 和標籤 C 將範例分類。接著，您可以建立第二個二元分類器，使用標籤 A 和標籤 B 重新分類標示為 A+B 的範例。
多類別問題的例子是手寫分類器，它會擷取手寫數字的圖片，並決定要表示哪個 0 到 9 的數字。
如果類別成員資格並非專屬，例如一個例子可指派給多個類別，這就是稱為「多標籤」分類問題。