一种有计划的研究，包括一系列有意图性的对过程要素进行改变与其效果观测，对这些结果进行统计分析以便确定过程变异之间的关系，从而改变这过程。
在实验心理学上，实验设计是这样定义地：
广义的实验设计指科学研究的一般程序的知识，它包括从问题的提出、假说的形成、变量的选择等等一直到结果的分析、论文的写作一系列内容。它给研究者展示如何进行科学研究的概貌，试图解决研究的全过程。
狭义的实验设计特指实施实验处理的一个计划方案以及与计划方案有关的统计分析。
狭义的实验设计着重解决的是从如何建立统计假说到作出结论这一段。实验设计包括的活动如下：
1．建立与研究假说有关的统计假说；
2．确定实验中使用的实验处理(自变量)和必须控制的多余条件(额外变量)；
3．确定实验中需要的实验单元(被试)的数量及被试抽样的总体；
4．确定将实验条件分配给被试的方法；
5．确定实验中每个被试要记载的测量(因变量)和使用的统计分析。