Elk lid van een populatie moet een gelijke kans hebben om geselecteerd te worden. Willekeurige steekproeven zijn de techniek die aan die voorwaarde voldoet. Wanneer deze correct worden uitgevoerd, zal de resulterende steekproef de populatie waarschijnlijk binnen een berekenbare foutmarge vertegenwoordigen. Bij eenvoudige willekeurige steekproeven worden namen of getallen willekeurig getrokken; complexere methoden maken gebruik van stratificatie of clustering, waarbij de willekeurigheid binnen de verschillende fasen behouden blijft.

Willekeurige steekproeven vormen de basis voor de mogelijkheid om conclusies te trekken uit een steekproef naar een populatie. Niet-willekeurige methoden – gemakssteekproeven, steekproeven op basis van vrijwillige deelname – zijn wellicht gemakkelijker te verkrijgen, maar introduceren vertekeningen die niet kunnen worden gecorrigeerd door een grotere steekproefomvang. Opiniepeilingen, kwaliteitscontroles en veel wetenschappelijke studies zijn voor hun validiteit afhankelijk van willekeurige steekproeven.

In de praktijk wordt perfecte willekeurigheid vaak benaderd. Onvolledige lijsten, non-respons en praktische beperkingen introduceren onvolkomenheden. Onderzoekers rapporteren responspercentages en bespreken mogelijke vertekeningen, zodat lezers de betrouwbaarheid van de conclusies kunnen beoordelen. Ondanks de moeilijkheden blijft willekeurige steekproeven de gouden standaard voor representatieve metingen.