Khi quần thể đã được xác định và kích thước của mẫu được xác định, chúng ta cần quyết định cách chúng ta sẽ chọn mẫu từ tổng thể. Kích thước của mẫu cũng sẽ phụ thuộc vào sự lựa chọn này và do đó, vấn đề về kích thước mẫu có thể phải được xem xét lại sau khi lựa chọn phương pháp lấy mẫu; hầu hết các cuộc thảo luận trong phần trước về kích thước mẫu đều giả định là một mẫu ngẫu nhiên đơn giản.

Mẫu ngẫu nhiên đơn giản

Đây là phương pháp lấy mẫu phổ biến nhất và đơn giản nhất. Trong phương pháp này, các đối tượng được chọn từ quần thể với xác suất lựa chọn ngang nhau. Người ta có thể sử dụng một bảng số ngẫu nhiên, hoặc sử dụng các kỹ thuật như đặt tên và chọn số lượng tên thích hợp một cách làm mù. Gần đây, các chương trình máy tính đã phát triển để tạo các mẫu ngẫu nhiên đơn giản từ một tập hợp nhất định. Mẫu ngẫu nhiên đơn giản có những ưu điểm là dễ quản lý, mang tính đại diện cho quần thể về lâu dài và việc phân tích dữ liệu bằng cách sử dụng sơ đồ lấy mẫu như vậy rất đơn giản. Điểm bất lợi là mẫu được chọn có thể không thực sự đại diện cho quần thể, đặc biệt nếu cỡ mẫu nhỏ.

Lấy mẫu phân tầng

Khi quy mô của mẫu nhỏ và có một số thông tin về phân phối của một biến cụ thể (ví dụ: giới tính: 50% nam / 50% nữ), có thể có lợi khi chọn các mẫu ngẫu nhiên đơn giản từ bên trong mỗi nhóm con được xác định bởi biến đó. Bằng cách chọn một nửa mẫu từ nam và một nửa từ nữ, đảm bảo rằng mẫu là đại diện cho dân số về giới tính. Khi gây nhiễu là một vấn đề quan trọng (chẳng hạn như trong các nghiên cứu bệnh chứng), lấy mẫu phân tầng sẽ làm giảm khả năng gây nhiễu bằng cách chọn các nhóm con đồng nhất.

Lấy mẫu theo cụm

Trong nhiều cuộc điều tra hành chính, các nghiên cứu được thực hiện trên các nhóm quần thể lớn có thể khá phân tán về mặt địa lý. Để có được số lượng đối tượng cần thiết cho nghiên cứu theo phương pháp mẫu ngẫu nhiên đơn giản sẽ đòi hỏi chi phí lớn và sẽ không thuận tiện. Trong những trường hợp như vậy, các cụm có thể được xác định (ví dụ như hộ gia đình) và các mẫu ngẫu nhiên của các cụm sẽ được đưa vào nghiên cứu; thì mọi thành viên của cụm cũng sẽ là một phần của nghiên cứu. Điều này giới thiệu hai loại biến thể trong dữ liệu - giữa các cụm và trong cụm - và điều này sẽ phải được tính đến khi phân tích dữ liệu.

Lấy mẫu nhiều giai đoạn

Nhiều nghiên cứu, đặc biệt là các cuộc khảo sát toàn quốc lớn, sẽ kết hợp các phương pháp lấy mẫu khác nhau cho các nhóm khác nhau và có thể được thực hiện trong một số giai đoạn. Trong các thử nghiệm, hoặc các nghiên cứu dịch tễ học chung như kiểm soát trường hợp hoặc nghiên cứu thuần tập, đây không phải là một thực tế phổ biến.