Jedes Mitglied einer Population sollte die gleiche Chance haben, ausgewählt zu werden. Zufallsstichproben sind die Methode, die dies gewährleistet. Bei korrekter Durchführung repräsentiert die resultierende Stichprobe die Population mit hoher Wahrscheinlichkeit innerhalb einer berechenbaren Fehlertoleranz. Einfache Zufallsstichproben ziehen Namen oder Nummern nach dem Zufallsprinzip; komplexere Verfahren nutzen Schichtung oder Clusterung, wobei die Zufälligkeit innerhalb der einzelnen Stufen erhalten bleibt.

Zufallsstichproben sind die Grundlage dafür, dass sich Ergebnisse von einer Stichprobe auf eine Grundgesamtheit übertragen lassen. Nicht-zufällige Stichproben – wie Gelegenheitsstichproben oder freiwillige Teilnahme – sind zwar leichter zu erheben, führen aber zu Verzerrungen, die sich auch durch eine größere Stichprobe nicht korrigieren lassen. Meinungsumfragen, Qualitätskontrollen und viele wissenschaftliche Studien sind für ihre Validität auf Zufallsstichproben angewiesen.

In der Praxis wird perfekte Zufälligkeit oft nur annähernd erreicht. Unvollständige Listen, fehlende Antworten und praktische Einschränkungen führen zu Ungenauigkeiten. Forschende berichten über Antwortquoten und diskutieren mögliche Verzerrungen, damit Lesende die Aussagekraft der Schlussfolgerung beurteilen können. Trotz dieser Schwierigkeiten gilt die Zufallsstichprobe weiterhin als Goldstandard für repräsentative Messungen.