किसी भी जनसंख्या के प्रत्येक सदस्य के चुने जाने की समान संभावना होनी चाहिए। यादृच्छिक नमूनाकरण वह तकनीक है जो इस शर्त को पूरा करती है। सही ढंग से किए जाने पर, परिणामी नमूना गणना योग्य त्रुटि सीमा के भीतर जनसंख्या का सटीक प्रतिनिधित्व करता है। सरल यादृच्छिक नमूनाकरण में नामों या संख्याओं का चयन संयोगवश किया जाता है; अधिक जटिल डिज़ाइनों में विभिन्न चरणों में यादृच्छिकता बनाए रखते हुए स्तरीकरण या समूहीकरण का उपयोग किया जाता है।

यादृच्छिक नमूनाकरण किसी नमूने से जनसंख्या के बारे में निष्कर्ष निकालने की क्षमता का आधार है। गैर-यादृच्छिक विधियाँ—सुविधाजनक नमूने, स्वैच्छिक प्रतिक्रिया नमूने—प्राप्त करना आसान हो सकता है, लेकिन इनसे ऐसा पूर्वाग्रह उत्पन्न होता है जिसे बड़े आकार से भी ठीक नहीं किया जा सकता। जनमत सर्वेक्षण, गुणवत्ता नियंत्रण जाँच और कई वैज्ञानिक अध्ययन अपनी वैधता के लिए यादृच्छिक नमूनाकरण पर निर्भर करते हैं।

व्यवहार में, पूर्ण यादृच्छिकता अक्सर अनुमानित ही होती है। अधूरी सूचियाँ, अनुत्तरदायी प्रतिक्रियाएँ और व्यावहारिक बाधाएँ अपूर्णताएँ उत्पन्न करती हैं। शोधकर्ता प्रतिक्रिया दरों की रिपोर्ट करते हैं और संभावित पूर्वाग्रहों पर चर्चा करते हैं ताकि पाठक निष्कर्ष की विश्वसनीयता का आकलन कर सकें। अपनी कठिनाइयों के बावजूद, यादृच्छिक नमूनाकरण प्रतिनिधि मापन के लिए सर्वोत्कृष्ट विधि बनी हुई है।