Suatu populasi seringkali mengandung subkelompok yang berbeda. Pengambilan sampel bertingkat membagi populasi ke dalam subkelompok (strata) tersebut dan kemudian mengambil sampel dari masing-masing subkelompok. Metode ini memastikan bahwa setiap subkelompok penting terwakili, yang dapat meningkatkan ketelitian dan memungkinkan analisis terpisah dari setiap stratum.

Strata didefinisikan berdasarkan karakteristik yang relevan dengan pertanyaan penelitian—usia, wilayah, segmen pelanggan, atau lini produk. Ukuran sampel dalam strata dapat proporsional dengan ukuran stratum atau dapat sama jika perbandingan antar strata menjadi prioritas. Dalam setiap stratum, pemilihan biasanya dilakukan secara acak.

Pengambilan sampel bertingkat lebih kompleks untuk dilakukan daripada pengambilan sampel acak sederhana, tetapi peningkatan keterwakilan dan efisiensi sering kali membenarkan upaya tersebut. Metode ini banyak digunakan dalam riset opini, riset pasar, dan pengendalian mutu ketika populasi diketahui heterogen. Kuncinya adalah memilih strata yang relevan untuk variabel yang sedang dipelajari.