De afhankelijke variabele is de uitkomst die een onderzoeker meet. Er wordt verwacht dat deze verandert als gevolg van manipulaties van de onafhankelijke variabele.

In een onderzoek naar slaap en geheugen zou de onafhankelijke variabele de hoeveelheid toegestane slaap kunnen zijn; de afhankelijke variabele zou de prestatie op een geheugentest de volgende dag zijn. In een geneesmiddelenonderzoek is de onafhankelijke variabele de dosis of aanwezigheid van het geneesmiddel; de afhankelijke variabele zou de ernst van de symptomen, de reactietijd of de hersenactiviteit kunnen zijn. Duidelijke operationele definities zetten abstracte concepten om in meetbare grootheden, zodat resultaten van verschillende onderzoeken met elkaar vergeleken kunnen worden.

Een goed opgezet experiment houdt andere factoren constant, zodat veranderingen in de afhankelijke variabele kunnen worden toegeschreven aan de onafhankelijke variabele in plaats van aan verstorende factoren. Soms worden meerdere afhankelijke variabelen geregistreerd om verschillende facetten van hetzelfde fenomeen vast te leggen. Statistische analyse bepaalt vervolgens of de waargenomen verschillen groter zijn dan op basis van toeval zou worden verwacht.

De afhankelijke variabele is het antwoord dat het experiment beoogt te verkrijgen. Al het andere is erop gericht om dat antwoord betrouwbaar te maken.