Egy populáció gyakran különálló alcsoportokat tartalmaz. A rétegzett mintavétel a populációt ezekre az alcsoportokra (rétegekre) osztja, majd mindegyikből mintát vesz. A módszer biztosítja, hogy minden fontos alcsoport képviselve legyen, ami javíthatja a pontosságot és lehetővé teszi az egyes rétegek külön elemzését.

A rétegeket a kutatási kérdéshez kapcsolódó jellemzők – életkor, régió, ügyfélszegmens vagy termékcsalád – határozzák meg. A rétegeken belüli mintanagyság arányos lehet a réteg méretével, vagy egyenlő lehet, ha a rétegek közötti összehasonlítás a prioritás. Az egyes rétegeken belül a kiválasztás általában véletlenszerű.

A rétegzett mintavétel bonyolultabb alkalmazású, mint az egyszerű véletlenszerű mintavétel, de a reprezentativitás és a hatékonyság növekedése gyakran igazolja az erőfeszítést. Széles körben alkalmazzák közvélemény-kutatásban, piackutatásban és minőségellenőrzésben, amikor a populáció heterogenitása ismert. A kulcs az, hogy olyan rétegeket válasszunk, amelyek a vizsgált változók szempontjából fontosak.