التوزيع العشوائي هو إجراء يتم فيه وضع المشاركين في ظروف تجريبية بالصدفة. لكل شخص فرصة متساوية للتواجد في أي مجموعة.

تُعدّ هذه الطريقة حجر الزاوية في التجارب الحقيقية. فمن خلال توزيع خصائص المشاركين، المعروفة منها وغير المعروفة، بالتساوي بين المجموعات، يُتيح التوزيع العشوائي إمكانية المقارنة بينها منذ البداية. وبالتالي، يُمكن عزو أي اختلاف لاحق في المتغير التابع إلى المتغير المستقل بدلاً من الاختلافات الموجودة مسبقاً بين الأفراد. وتُعدّ رميات العملة، وجداول الأرقام العشوائية، والخوارزميات الحاسوبية من الأدوات الشائعة في هذا الصدد.

يختلف التوزيع العشوائي عن أخذ العينات العشوائية. فأخذ العينات يتعلق بكيفية اختيار المشاركين من مجتمع الدراسة، بينما يتعلق التوزيع بكيفية توزيع هؤلاء المشاركين على الظروف المختلفة. يمكن للتجربة استخدام التوزيع العشوائي حتى لو لم تكن العينة نفسها عشوائية. وعندما لا يكون التوزيع عشوائيًا، يصبح التصميم شبه تجريبي، وتضعف الادعاءات السببية.

يتم استخدام الصدفة عمداً حتى لا يؤدي التحيز المنهجي إلى تفضيل حالة على أخرى.