Un groupe témoin est le groupe de participants à une expérience qui ne reçoit pas le traitement expérimental. Il sert de référence pour mesurer les effets du traitement.

Dans un essai clinique, le groupe témoin peut recevoir un placebo ; dans une étude pédagogique, il peut suivre le programme standard tandis que le groupe expérimental bénéficie d'une nouvelle méthode. La répartition aléatoire des participants est la méthode habituelle pour garantir la comparabilité initiale des groupes témoin et expérimental. Toute différence ultérieure observée au niveau de la variable dépendante peut alors être attribuée au traitement plutôt qu'à des différences préexistantes entre les individus des deux groupes.

Les groupes témoins peuvent prendre plusieurs formes. Un groupe témoin sans traitement ne reçoit aucune intervention. Un groupe témoin actif reçoit un traitement alternatif dont l'efficacité est connue ou attendue. Un groupe témoin sur liste d'attente reçoit l'intervention après la période d'étude. Le choix dépend des contraintes éthiques et de la question précise posée.

En l'absence de groupe témoin, une amélioration au fil du temps peut être confondue avec un effet du traitement. Le groupe témoin permet d'établir la comparaison.