隨機分層設計（randomized block design）是實驗設計類型。根據被試某些特徵分層，然後在某一層級對被試配對並隨機分配作不同實驗處理的設計。該設計屬於相關樣本設計，要求層級間的被試儘量不同，而層級內的變異要小。將層級這一變數納入實驗設計，以估計因層級差異而造成的層級間的變異量，並將它從誤差變異量中排除，使誤差變異量減小，實驗變異量增大，以利於拒絕虛無假設。其特點在於：研究者劃分的層級和用來配對的自變數，與研究的因變數有密切關係，因而所得各組因變數的觀察值之間自然也存在相關。
隨機化（randomization）是實驗設計的一個基本原則。實驗單位的組成、實驗單位安排到不同的組、實驗處理的分配及實驗中各個試驗的順序等都要隨機確定。隨機化有利於干擾變數的控制，因為它將有無關差異（即干擾變數產生的變異）的對象（樣品、實驗單位、環境等）之間的“不一致”均勻地混雜與分散開，使干擾變數的系統影響儘可能降低。隨機化也是為滿足統計方法對觀測值（或者誤差）的統計要求：它們應是獨立同分布的隨機變數。這是運用統計推斷方法的重要前提。如將同年級120名學生分為三組，進行三種不同方法的教學，經過一個學期後觀測學生的自學能力（設計“自學能力量表”測量之）。
