Hvert medlem af en population bør have lige stor chance for at blive udvalgt. Tilfældig stikprøveudtagning er den teknik, der opnår denne betingelse. Når det udføres korrekt, vil den resulterende stikprøve sandsynligvis repræsentere populationen inden for en beregnelig fejlmargin. Simpel tilfældig stikprøveudtagning trækker navne eller tal tilfældigt; mere komplekse designs bruger stratificering eller klyngedannelse, samtidig med at tilfældigheden inden for stadierne bevares.

Tilfældig stikprøveudtagning understøtter evnen til at generalisere fra en stikprøve til en population. Ikke-tilfældige metoder - bekvemmelighedsstikprøver, frivillige svarstikprøver - kan være lettere at opnå, men introducerer bias, der ikke kan korrigeres af større stikprøver. Meningsmålinger, kvalitetskontrol og mange videnskabelige undersøgelser er afhængige af tilfældig stikprøveudtagning for deres validitet.

I praksis tilnærmes perfekt tilfældighed ofte. Ufuldstændige lister, manglende respons og praktiske begrænsninger introducerer ufuldkommenheder. Forskere rapporterer svarprocenter og diskuterer mulige bias, så læserne kan bedømme styrken af ​​​​inferensen. Trods vanskelighederne er tilfældig stikprøveudtagning stadig guldstandarden for repræsentativ måling.