Phân bổ ngẫu nhiên là quy trình đưa người tham gia vào các điều kiện thử nghiệm một cách ngẫu nhiên. Mỗi người đều có cơ hội như nhau để được vào bất kỳ nhóm nào.

Phương pháp này là nền tảng của các thí nghiệm thực sự. Bằng cách phân bổ đều các đặc điểm đã biết và chưa biết của người tham gia vào các điều kiện khác nhau, việc phân bổ ngẫu nhiên giúp các nhóm có thể so sánh được ngay từ đầu. Bất kỳ sự khác biệt nào sau đó trong biến phụ thuộc đều có thể được quy cho biến độc lập chứ không phải do sự khác biệt vốn có giữa các cá nhân. Tung đồng xu, bảng số ngẫu nhiên hoặc thuật toán máy tính là những công cụ phổ biến.

Phân bổ ngẫu nhiên khác với lấy mẫu ngẫu nhiên. Lấy mẫu liên quan đến cách chọn người tham gia từ một quần thể; phân bổ liên quan đến cách phân phối những người tham gia đó giữa các điều kiện. Một thí nghiệm có thể sử dụng phân bổ ngẫu nhiên ngay cả khi bản thân mẫu không được chọn ngẫu nhiên. Khi phân bổ không ngẫu nhiên, thiết kế trở thành bán thực nghiệm và các tuyên bố về mối quan hệ nhân quả bị suy yếu.

Việc sử dụng yếu tố ngẫu nhiên được thực hiện một cách có chủ đích để tránh sự thiên vị có hệ thống đối với điều kiện này hơn điều kiện khác.