Willekeurige toewijzing is de procedure waarbij deelnemers door toeval in experimentele condities worden geplaatst. Iedere persoon heeft een gelijke kans om in een van de groepen terecht te komen.

De methode vormt de hoeksteen van echte experimenten. Door zowel bekende als onbekende kenmerken van de deelnemers gelijkmatig over de condities te verdelen, zorgt willekeurige toewijzing ervoor dat de groepen vanaf het begin vergelijkbaar zijn. Elk daaropvolgend verschil in de afhankelijke variabele kan dan worden toegeschreven aan de onafhankelijke variabele in plaats van aan reeds bestaande verschillen tussen mensen. Munten opgooien, tabellen met willekeurige getallen of computeralgoritmes zijn veelgebruikte hulpmiddelen.

Willekeurige toewijzing is iets anders dan willekeurige steekproefneming. Steekproefneming betreft de manier waarop deelnemers uit een populatie worden geselecteerd; toewijzing betreft de manier waarop die deelnemers over de condities worden verdeeld. Een experiment kan gebruikmaken van willekeurige toewijzing, zelfs als de steekproef zelf niet willekeurig is. Wanneer de toewijzing niet willekeurig is, wordt het ontwerp quasi-experimenteel en worden causale verbanden minder sterk.

Er wordt bewust gebruikgemaakt van toeval, zodat systematische vertekening geen voorkeur geeft aan de ene situatie boven de andere.