實驗方法
實驗小組在報紙上刊登廣告並寄出許多廣告信，招募參與者前來耶魯大學協助實驗。實驗地點選在大學的老舊校區中的一間地下室，地下室有兩個以牆壁隔開的房間。廣告上說明實驗將進行約一小時，報酬是$4.50美元（大約為2006年的$20美元）。參與者年齡從20歲至50歲不等，包含各種教育背景，從國小畢業至博士學位都有。參與者被告知這是一項關於“體罰對於學習行為的效用”的實驗，並被告知自身將扮演“老師”的角色，以教導隔壁房間的另一位參與者——“學生”，然而學生事實上是由實驗人員所假冒的。
參與者將被告知，他被隨機挑選為擔任“老師”，並獲得了一張“答案卷”。實驗小組並向他說明隔壁被挑選為“學生”的參與者也拿到了一張“題目卷”。但事實上兩張紙都是“答案卷”，而所有真正的參與者都是“老師”。“老師”和“學生”分處不同房間，他們不能看到對方，但能隔著牆壁以聲音互相溝通。有一位參與者甚至被事先告知隔壁參與者患有心臟疾病。“老師”被給予一具據稱從45伏特起跳的電擊控制器，控制器連結至一具發電機，並被告知這具控制器能使隔壁的“學生”受到電擊。“老師”所取得的答案卷上列出了一些搭配好的單字，而“老師”的任務便是教導隔壁的“學生”。老師會逐一朗讀這些單字配對給學生聽，朗讀完畢後老師會開始考試，每個單字配對會念出四個單字選項讓學生作答，學生會按下按鈕以指出正確答案。如果學生答對了，老師會繼續測驗其他單字。如果學生答錯了，老師會對學生施以電擊，每逢作答錯誤，電擊的伏特數也會隨之提升。
參與者將相信，學生每次作答錯誤會真的遭到電擊，但事實上並沒有電擊產生。在隔壁房間裡，由實驗人員所假冒的學生打開錄音機，錄音機會搭配著發電機的動作而播放預先錄製的尖叫聲，隨著電擊伏特數提升也會有更為驚人的尖叫聲。當伏特數提升到一定程度後，假冒的學生會開始敲打牆壁，而在敲打牆壁數次後則會開始抱怨他患有心臟疾病。接下來當伏特數繼續提升一定程度後，學生將會突然保持沉默，停止作答、並停止尖叫和其他反應。
結果
米爾格拉姆為整個實驗過程和其結果錄製了紀錄片，紀錄片名便是服從，紀錄片的正版拷貝目前已經很難找到了。他接著與Harry From製作了5部一系列受到這次實驗影響的社會心理學影片[1]。這些影片都可以在賓夕法尼亞州立媒體中心找到。在進行實驗之前，米爾格拉姆曾對他的心理學家同事們做了預測實驗結果的測驗，他們全都認為只有少數幾個人—10分之1甚至是只有1%，會狠下心來繼續懲罰直到最大伏特數。
結果在米爾格拉姆的第一次實驗中，百分之65（40人中超過27人）的參與者都達到了最大的450伏特懲罰—儘管他們都表現出不太舒服；每個人都在伏特數到達某種程度時暫停並質疑這項實驗，一些人甚至說他們想退回實驗的報酬。沒有參與者在到達300伏特之前堅持停止。後來米爾格拉姆自己以及許多全世界的心理學家也做了類似或有所差異的實驗，但都得到了類似的結果。為了證實這項實驗，也有許多更改了架構的實驗產生。
馬里蘭大學巴爾的摩州立分校（University of Maryland Baltimore County）的Thomas Blass博士（也是米爾格拉姆的傳記—《電醒全世界的人》的作者）在重複進行了多次實驗後得出了整合分析（Meta-analysis）的結果，他發現無論實驗的時間和地點，每次實驗都有一定比率的參與者願意施加致命的伏特數，約在61%至66%之間。
對於實驗結束時的情況所知不多，依據菲利普·津巴多（Philip Zimbardo）的回想，當時那些沒有達到最高伏特數的參與者卻也都沒有堅持這項實驗本身應該結束，也沒有至隔壁房間探視“學生”，離開時也都沒有詢問實驗人員的同意。
對實驗的反應
實驗本身受到了關於在科學實驗上的倫理質疑，因為這項實驗對參與者施加了極度強烈的情感壓力（雖然這種壓力可以說是由他們本身自由操作所造成的），儘管這項實驗帶來了對人類心理學研究的寶貴發現，許多現在的科學家會將這類實驗視為是違反實驗倫理的。米爾格拉姆則辯護道，之後的調查發現當時的參與者中有84%稱他們感覺“高興”或“非常高興”參與了這項實驗，15%參與者選擇中立態度（有92%的參與者做了事後的調查），之中許多人事後還向米爾格拉姆表達謝意。而且米爾格拉姆還不斷接到這些前參與者想要再次協助他進行實驗，甚至想加入他的研究團隊。
不過，實驗的經驗並不是對每個參與者都有終身的改變。許多參與者都沒有依據現代的實驗標準被告知細節，離去時的面談也顯示許多參與者看起來仍沒有理解到這項實驗的真實情況。實驗所引起最主要的評論不在於實驗方法的倫理爭議，而在於實驗所代表的意義。一位在1961年的耶魯大學參與者在Jewish Currents雜誌上寫道，當他在擔任“老師”的中途想要停止時，便是懷疑到“整個實驗可能只是設計好，為了測試尋常美國民眾會不會遵從命令違背道德良心—如同德國人在納粹時期一樣”而這便是實驗的初衷之一。米爾格拉姆在他《服從的危險》一書中便稱：“我們所面臨的問題便是，我們在實驗室里所製造的使人服從權力的環境，與我們所痛責的納粹時代之間有怎么樣的關聯。”
