Việc nghiên cứu toàn bộ quần thể thường không khả thi. Lấy mẫu chọn một tập hợp con các cá thể để có thể rút ra kết luận về toàn bộ quần thể. Chất lượng của những kết luận đó phụ thuộc vào cách chọn mẫu. Mẫu xác suất, trong đó mỗi thành viên đều có xác suất được chọn biết trước, hỗ trợ suy luận thống kê. Mẫu phi xác suất dễ thu thập hơn nhưng hạn chế khả năng khái quát hóa.

Kích thước mẫu ảnh hưởng đến độ chính xác: mẫu lớn hơn thường tạo ra khoảng tin cậy hẹp hơn. Hiệu quả giảm dần, vì vậy kích thước tối ưu cân bằng giữa chi phí và độ chính xác cần thiết. Phân tầng, phân cụm và các đặc điểm thiết kế khác có thể cải thiện hiệu quả hoặc tính thực tiễn trong khi vẫn duy trì khả năng đưa ra các suy luận hợp lệ.

Lấy mẫu là yếu tố cơ bản trong nghiên cứu khảo sát, kiểm soát chất lượng và nhiều nghiên cứu khoa học. Hiểu rõ các nguyên tắc của nó giúp cả người sản xuất và người tiêu dùng nghiên cứu đánh giá mức độ tin cậy của kết quả. Một mẫu được thiết kế tốt với quy mô vừa phải có thể cung cấp nhiều thông tin hơn so với một tập hợp quan sát lớn nhưng bị sai lệch.