Zmienna zależna to wynik mierzony przez eksperymentatora. Oczekuje się, że ulegnie on zmianie w wyniku manipulacji zmienną niezależną.

W badaniu snu i pamięci zmienną niezależną może być ilość snu, na jaki pacjent sobie pozwala; zmienną zależną – wynik testu pamięci następnego dnia. W badaniu klinicznym zmienną niezależną jest dawka lub obecność leku; zmienną zależną może być nasilenie objawów, czas reakcji lub aktywność mózgu. Jasne definicje operacyjne przekształcają abstrakcyjne koncepcje w mierzalne wielkości, umożliwiając porównywanie wyników między badaniami.

Dobrze zaprojektowany eksperyment utrzymuje inne czynniki na stałym poziomie, dzięki czemu zmiany zmiennej zależnej można przypisać zmiennej niezależnej, a nie czynnikom zakłócającym. Czasami rejestruje się wiele zmiennych zależnych, aby uchwycić różne aspekty tego samego zjawiska. Analiza statystyczna następnie określa, czy zaobserwowane różnice są większe, niż można by oczekiwać w sposób losowy.

Zmienna zależna to odpowiedź, którą eksperyment ma uzyskać. Wszystko inne jest tak skonstruowane, aby ta odpowiedź była wiarygodna.