Mỗi thành viên trong một quần thể nên có cơ hội được chọn như nhau. Lấy mẫu ngẫu nhiên là kỹ thuật đạt được điều kiện đó. Khi được thực hiện đúng cách, mẫu thu được có khả năng đại diện cho quần thể trong phạm vi sai số có thể tính toán được. Lấy mẫu ngẫu nhiên đơn giản chọn tên hoặc số một cách ngẫu nhiên; các thiết kế phức tạp hơn sử dụng phân tầng hoặc phân cụm trong khi vẫn duy trì tính ngẫu nhiên trong các giai đoạn.

Lấy mẫu ngẫu nhiên là nền tảng cho khả năng khái quát hóa từ một mẫu đến toàn bộ quần thể. Các phương pháp không ngẫu nhiên—mẫu thuận tiện, mẫu phản hồi tự nguyện—có thể dễ thực hiện hơn nhưng lại gây ra sai lệch mà không thể khắc phục bằng cách tăng quy mô mẫu. Các cuộc thăm dò ý kiến, kiểm tra chất lượng và nhiều nghiên cứu khoa học dựa vào lấy mẫu ngẫu nhiên để đảm bảo tính hợp lệ.

Trên thực tế, tính ngẫu nhiên hoàn hảo thường chỉ được xấp xỉ. Danh sách không đầy đủ, tỷ lệ không phản hồi và các hạn chế thực tế đều dẫn đến sự không hoàn hảo. Các nhà nghiên cứu báo cáo tỷ lệ phản hồi và thảo luận về các sai lệch có thể xảy ra để người đọc có thể đánh giá độ tin cậy của suy luận. Mặc dù gặp nhiều khó khăn, lấy mẫu ngẫu nhiên vẫn là tiêu chuẩn vàng cho việc đo lường mang tính đại diện.