En population indeholder ofte forskellige undergrupper. Stratificeret stikprøveudtagning opdeler populationen i disse undergrupper (strata) og trækker derefter en stikprøve fra hver. Metoden sikrer, at alle vigtige undergrupper er repræsenteret, hvilket kan forbedre præcisionen og muliggøre separat analyse af hvert stratum.

Strata defineres af karakteristika, der er relevante for forskningsspørgsmålet – alder, region, kundesegment eller produktlinje. Stikprøvestørrelser inden for strata kan være proportionale med stratummets størrelse eller kan være lige store, hvis sammenligning på tværs af strata er prioriteret. Inden for hvert stratum er udvælgelsen normalt tilfældig.

Stratificeret stikprøveudtagning er mere kompleks at administrere end simpel tilfældig stikprøveudtagning, men gevinsten i repræsentativitet og effektivitet retfærdiggør ofte indsatsen. Det bruges i vid udstrækning i opinionsundersøgelser, markedsundersøgelser og kvalitetskontrol, når populationen vides at være heterogen. Nøglen er at vælge strata, der er vigtige for de variabler, der undersøges.