การสุ่มตัวอย่างทางสถิติหมายถึงการศึกษาประชากรโดยรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับและวิเคราะห์ การสุ่มตัวอย่างทางสถิติเป็นฐานสำหรับข้อมูลจำนวนมากตั้งแต่การประเมินความสูงเฉลี่ยในประเทศไปจนถึงการศึกษาเกี่ยวกับผลกระทบของการตลาดไปจนถึงเด็ก อาชีพจำนวนมากใช้การสุ่มตัวอย่างเชิงสถิติรวมถึงจิตวิทยาประชากรศาสตร์และมานุษยวิทยา อย่างไรก็ตามเช่นเดียวกับวิธีการศึกษาใด ๆ การสุ่มตัวอย่างเชิงสถิติมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อผิดพลาดและเป็นสิ่งสำคัญในการวิเคราะห์วิธีที่ใช้ในการศึกษาก่อนที่จะยอมรับผลลัพธ์
กระบวนการนี้เริ่มต้นด้วยคำจำกัดความของประชากรที่นักวิทยาศาสตร์ต้องการศึกษาและตัวแปรที่เขาหรือเธอต้องการวัด ตัวอย่างเช่นบางคนอาจต้องการทราบน้ำหนักเฉลี่ยของเด็กประถม ถัดไปนักวิทยาศาสตร์ตัดสินใจว่าจะรวบรวมข้อมูลที่ต้องการได้อย่างไร ในตัวอย่างก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์อาจเดินทางไปโรงเรียนด้วยมาตราส่วนส่งแบบสอบถามไปยังแพทย์หรือผู้ปกครองหรือพยายามเข้าถึงบันทึกสุขภาพของโรงเรียน นักวิจัยหลายคนพยายามวัดโดยตรงแทนที่จะพึ่งพาการตอบสนองด้วยตนเองเพราะวิธีนี้ผลลัพธ์สอดคล้องกัน
เมื่อประชากรการวัดตัวแปรและวิธีการได้กำหนดไว้นักวิทยาศาสตร์ตัดสินใจว่าจะสุ่มตัวอย่างประชากรอย่างถูกต้องอย่างไรเพื่อให้ข้อมูลที่เก็บรวบรวมนั้นเป็นตัวแทนของกลุ่มที่ใหญ่กว่า กล่าวอีกนัยหนึ่งการสุ่มตัวอย่างเชิงสถิติไม่เกี่ยวข้องกับการวัดตัวแปรที่ต้องการในแต่ละบุคคลของประชากรที่กำลังศึกษา การเลือกบุคคลใช้เพื่อสรุปผล โดยทั่วไปยิ่งขนาดตัวอย่างใหญ่เท่าใดผลลัพธ์ก็จะดีขึ้น
ระบบที่พบมากที่สุดคือการสุ่มตัวอย่างซึ่งนักวิทยาศาสตร์สร้างรายการของบุคคลที่สุ่มจากฐานข้อมูลกลาง นักวิทยาศาสตร์บางคนใช้การสุ่มตัวอย่างแบบกระจุกซึ่งประชากรถูกแบ่งออกเป็นกระจุกกลุ่มเล็ก ๆ และแต่ละกลุ่มศึกษาอย่างกว้างขวาง บางคนอาจใช้การสุ่มตัวอย่างอย่างเป็นระบบซึ่งมีการศึกษาบุคคลที่ n ทุกคนในประชากร ระบบการเลือกที่อันตรายและไม่น่าเชื่อถือที่สุดสำหรับการสุ่มตัวอย่างเชิงสถิติคือการสุ่มตัวอย่างเพื่อความสะดวก คนที่ยืนอยู่มุมถนนพร้อมกับการสำรวจกำลังใช้การสุ่มตัวอย่างเพื่อความสะดวกซึ่งสามารถให้ผลลัพธ์ที่ไม่ถูกต้องสูง
หลังจากรวบรวมข้อมูลแล้วผู้วิจัยจะวิเคราะห์และใช้เพื่อจัดทำภาพรวมเกี่ยวกับประชากร ในการศึกษาที่ต้องอาศัยการสุ่มตัวอย่างทางสถิติวิธีการที่ใช้มักจะมีรายละเอียดที่ชัดเจนเพื่อให้นักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ สามารถตัดสินใจได้ว่าวิธีการนั้นถูกต้องหรือไม่ วิธีการที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการสุ่มตัวอย่างซึ่งจะเรียกผลลัพธ์ของการศึกษาเป็นคำถาม
