實驗設計（experimental design）主要目的在於研究如何科學地、經濟地以及更有效地進行實驗，它是統計學近幾十年發展起來的一部分內容。作為一個嚴謹的實驗研究，在實驗以前就要對研究的基本步驟、取樣的方法、實驗條件的控製、實驗結果數據的統計分析方法等做出嚴格的規定。
心理與教育統計的這幾部分內容之間有著密切聯係。描述統計是推論統計的基礎，後者離不開前者計算獲得的特征值。描述統計隻是對數據進行一般的分析歸納，如果不進一步應用推論統計作進一步分析，描述統計的結果就不會產生更大的價值和意義，達不到統計分析的最終目的和要求。同樣，隻有良好的實驗設計才能使獲得的數據具有意義，進一步的推論統計才能說明問題。一個好的實驗設計，也必須符合基本的統計方法要求，否則，再好的設計，如果事先沒有確定適當的統計處理方法，在處理研究結果時可能會遇到許多麻煩問題。
另外，如果依心理與教育統計研究的問題實質來劃分，可將其內容劃分為：①描述一件事物的性質；②比較兩件事物之間的差異；③分析影響事物變化的因素；④一件事物兩種不同屬性之間的相互關係；⑤取樣方法等等。
在心理科學與教育科學這兩門學科領域中，應用的統計方法有很多相同之處。因為二者的研究對象都是人，教育現象在很多情況下要通過人的心理現象去觀察和分析。例如，研究不同教學方法的效果，這是教育現象，但觀測結果時必須從受教育者對知識的掌握及能力的提高方麵去考察，這些就決定了二者的統計方法基本相同。但二者也有不同之處：在教育研究中，大樣本的統計方法應用較多，而在心理學上小樣本的統計方法較多；在實驗設計上二者也有差別，教育實驗中對各種因素的控製較難，采用自然實驗、準實驗設計方式較多，對統計結果的解釋需要特別謹慎，心理學實驗則在實驗室條件下進行的較多，對各種實驗變量的控製相對容易，統計處理結果的解釋也較易進行。不過，當前心理實驗研究中的生態化傾向，影響心理學實驗為克服人為的實驗室情境，力求實驗研究情境與研究對象的生活情境更接近，也在大量地運用準實驗設計方式，尤其是在教育心理學研究中更是如此。總之，考慮到心理統計與教育統計有很多相同之處，本書采取了將二者綜合敘述，有時在舉例上加以比較的方法，目的是希望能更有利於對各種統計方法的學習與掌握。