Une population comprend souvent des sous-groupes distincts. L'échantillonnage stratifié divise la population en ces sous-groupes (strates) puis prélève un échantillon dans chacune d'elles. Cette méthode garantit la représentation de chaque sous-groupe important, ce qui améliore la précision et permet une analyse séparée de chaque strate.

Les strates sont définies par des caractéristiques pertinentes à la question de recherche : âge, région, segment de clientèle ou gamme de produits. La taille des échantillons au sein de chaque strate peut être proportionnelle à la taille de la strate ou égale si la priorité est donnée à la comparaison entre strates. Au sein de chaque strate, la sélection est généralement aléatoire.

L'échantillonnage stratifié est plus complexe à mettre en œuvre que l'échantillonnage aléatoire simple, mais le gain en représentativité et en efficacité justifie souvent cet effort. Il est largement utilisé dans les sondages d'opinion, les études de marché et le contrôle qualité lorsque la population est hétérogène. L'essentiel est de choisir des strates pertinentes pour les variables étudiées.