غالباً ما يحتوي المجتمع على مجموعات فرعية متميزة. تقسم العينة الطبقية المجتمع إلى هذه المجموعات الفرعية (الطبقات)، ثم تسحب عينة من كل منها. تضمن هذه الطريقة تمثيل كل مجموعة فرعية مهمة، مما يُحسّن الدقة ويسمح بتحليل كل طبقة على حدة.

تُحدد الطبقات بناءً على خصائص ذات صلة بسؤال البحث، كالعمر، والمنطقة، وشريحة العملاء، أو خط الإنتاج. وقد تتناسب أحجام العينات داخل الطبقات مع حجم الطبقة، أو قد تكون متساوية إذا كانت الأولوية للمقارنة بين الطبقات. وعادةً ما يكون الاختيار عشوائيًا داخل كل طبقة.

يُعدّ أخذ العينات الطبقية أكثر تعقيدًا من أخذ العينات العشوائية البسيطة، إلا أن الزيادة في التمثيل والكفاءة غالبًا ما تبرر الجهد المبذول. ويُستخدم على نطاق واسع في أبحاث الرأي العام، وأبحاث السوق، ومراقبة الجودة عندما يكون المجتمع الإحصائي معروفًا بتنوعه. ويكمن جوهر الأمر في اختيار الطبقات ذات الأهمية للمتغيرات قيد الدراسة.