Ένα τυχαίο δείγμα είναι ένα υποσύνολο ενός πληθυσμού στο οποίο κάθε μέλος έχει ίσες πιθανότητες να επιλεγεί. Στόχος είναι να δημιουργηθεί μια ομάδα που αντιπροσωπεύει δίκαια τον ευρύτερο πληθυσμό από τον οποίο προέρχεται.

Η απλή τυχαία δειγματοληψία δίνει σε κάθε άτομο την ίδια πιθανότητα συμπερίληψης. Η στρωματοποιημένη δειγματοληψία διαιρεί πρώτα τον πληθυσμό σε υποομάδες και στη συνέχεια λαμβάνει τυχαία δείγματα εντός της καθεμίας, διασφαλίζοντας την αντιπροσώπευση σημαντικών κατηγοριών. Η τυχαία δειγματοληψία μειώνει την προκατάληψη επιλογής και υποστηρίζει τη στατιστική γενίκευση από το δείγμα στον πληθυσμό. Στην πράξη, τα πραγματικά τυχαία δείγματα είναι δύσκολο να ληφθούν. Πολλές μελέτες βασίζονται σε δείγματα ευκολίας και σημειώνουν τα όρια που προκύπτουν στη γενίκευση.

Το μέγεθος του δείγματος έχει επίσης σημασία. Τα μεγαλύτερα τυχαία δείγματα παράγουν πιο σταθερές εκτιμήσεις και στενότερα διαστήματα εμπιστοσύνης. Οι οργανισμοί δημοσκοπήσεων και οι ερευνητές ερευνών καταβάλλουν σημαντική προσπάθεια στην κατασκευή πλαισίων δειγματοληψίας και στην ελαχιστοποίηση της μη απόκρισης, έτσι ώστε το τελικό δείγμα να παραμένει σχεδόν τυχαίο.

Όταν κάθε μέλος του πληθυσμού έχει την ίδια πιθανότητα να εμφανιστεί στη μελέτη, το δείγμα είναι τυχαίο.