隨機分配是指將參與者隨機分配到不同的實驗組別。每個人都有平等的機會被分到任何組別。

此方法是真正實驗的基石。透過將已知和未知的參與者特徵均勻分配到各個實驗條件下，隨機分配使得各組在實驗開始時就具有可比性。這樣，因變量的任何後續差異都可以歸因於自變量，而不是個體之間預先存在的差異。拋硬幣、隨機數表或電腦演算法都是常用的工具。

隨機分配與隨機抽樣截然不同。抽樣關注的是如何從總體中選擇參與者；分配關注的是如何將這些參與者分配到不同的實驗條件。即使樣本本身並非隨機，實驗也可以使用隨機分配。當分配並非隨機時，實驗設計就變成了準實驗設計，因果關係的可靠性也會降低。

故意使用隨機因素，是為了避免系統性偏差使某種條件比其他條件更有利。