1）隨機化原則
是試驗設計使用統計方法的基石。所謂隨機化，是指實驗材料的分配和實驗的各個試驗進行的次序，都是隨機地確定的。統計方法要求觀察值（或誤差）是獨立分布的隨機變數。隨機化通常能使這一假定有效。把實驗進行適當的隨機化亦有助於“均勻”可能出現的外來因素的效應。所謂隨機化原則就是在抽樣或分組時必須做到使總體中任何—個個體都有同等的機會被抽取進入樣本以及樣本中任何一個個體都有同等機會被分配到任何——個組中去。
2）重複原則
所謂重複，意思是基本實驗的重複進行。重複有兩條重要的性質。第一，允許實驗者得到實驗誤差的一個估計量。這個誤差的估計量成為確定數據的觀察差是否是統計上的實驗差的基本度量單位。第二，如果樣本均值用作為實驗中一個因素的效應的估計量，則重複允許實驗者求得這一效應的更為精確的估計量。
3）區組化原則
區組控制又稱局部控制或分層控制。是用來提高試驗的精確度的一種方法。這一原則是為了消除試驗過程中的系統誤差對試驗結果的影響而遵守的一條規律。一個區組就是試驗材料的一個部分，相比於試驗材料全體它們本身的性質應該更為類似。區組化牽涉到在每個區組內部對感興趣的實驗條件進行比較。
