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完全随机设计（completely random design）仅仅涉及一个处理因素（但可为多水平），故又称单因素设计。它是将受试对象随机分配到各个处理组中，观察实验效应。各个处理组例数可以相等，也可以不等，相等时效率更高。本设计的优点是简单易行，缺点是只能分析一个因素，不能分析多因素之间的关系。仅考察某因素的一个特定水平，需要给出定量观测值的标准值或理论值，方可进行假设检验。
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2．配对设计
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配对设计（paired design）是将受试对象按照一定条件配成对子，再随机分配每对中的两个受试对象到不同的处理组。配对设计的特点：数据成对出现，每对数据测自同一个个体（自身配对设计）、同一个来源的两个个体（同源配对设计）、条件相近的两个个体（条件相近者配对设计）。配对的两个数据分别在处理因素的两个不同水平作用下测得，用其差值的大小反映两种处理之间效应之差的大小。配对设计的缺点是在配对的挑选过程中，容易损失样本含量，并延长实验时间，对子之间的条件易发生变化。
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配对的因素是影响实验效应的主要非处理因素。例如将窝别、性别相同，体重相近的两个动物配成对子，人类实验中常将性别相同、年龄相近的两个人配成对子，这样可以提高各处理组间的均衡性。配对设计适用于：一个因素具有两个水平时的情况：⑴“不处理”与“处理”时，适合用自身配对设计；⑵“处理1”与“处理2”，若是无创伤性处理，可用自身配对设计，也可用两两形式的配对设计；若是有创伤性处理，只用于两两种形式的配对设计。
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3．配伍组设计
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即随机区组设计（randomized block design），它是将几个受试对象按相同和近似的条件（实验动物的性别、年龄、体重等对实验结果有影响的非实验因素）组成配伍组，再将每一个配伍组的受试者随机分配到各个处理组中去。每个配伍组的例数等于处理组个数。配伍组设计适用的场合：在原本可以用配对设计的场合下，若配对条件无法满足，则可改用成配伍组设计。
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4．析因实验设计
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析因实验设计（factorial experimental design）是一种将两个或多个因素的各水平交叉分组，进行实验（或试验）的设计。它不仅可以检验各因素内部不同水平间有无差异，还可检验两个或多个因素间是否存在交互作用（interaction）。若因素间存在交互作用，表示各因素不是独立的，一个因素的水平发生变化。会影响其他因素的实验效应；反之，若因素间不存在交互作用，表示各因素是独立的，任一因素的水平发生变化，不会影响其他因素的实验效应。
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该设计是通过各因素不同水平间的交叉分组进行组合的。因此，总的实验组数等于各因素水平数的乘积。例如，两个因素各有3个水平时，实验组数为3×3＝9；四个因素各有2个水平时，实验组数为24＝16。所以，应用析因实验设计时，分析的因素数和各因素的水平数不宜过多。一般因素数不超过4，水平数不超过3。这种设计的优点是效率高，不仅能够分析各因素内部不同水平间有无差异，还具有分析各种组合的交互作用的功能。
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5．拉丁方设计
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拉丁方设计（Latin square design）是按拉丁方阵的字母、行和列安排实验（或试验）的三因素等水平的设计。该设计同时考虑三个因素对试验结果的影响。利用拉丁方阵安排实验。拉丁方阵是用γ个拉丁字母排成γ行γ列的方阵，每个字母在每行每列中只出现一次。如4×4拉丁方：
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ABCD
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BCDA
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CDAB
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DABC
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拉丁方设计的基本要求：⑴必须是三个因素的实验，且三个因素的水平数相等（若三因素的水平数略有不同，应以主要处理因素的水平数为主，其他两因素的水平数可进行适当调整）；⑵三因素间是相互独立的，均无交互作用；⑶各行、列、字母所得实验数据的方差齐。
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拉丁方设计步骤主要包括：⑴根据主要处理因素的水平数，确定基本型拉丁方，并从专业角度使另两个次要因素的水平数与之相同；⑵先将基本型拉丁方随机化，然后按随机化后的拉丁方阵安排实验。可通过对拉丁方的任两列交换位置，或任两行交换位置实验随机化；⑶规定行、列、字母所代表的因素与水平，通常用字母表示主要处理因素。
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拉丁方设计的主要优点：⑴拉丁方的行与列皆为配伍组，可用较少的重复次数获得较多的信息；⑵双向误差控制，使观察单位更加区组化和均衡化，进一步减少实验误差，比配伍组设计优越。
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拉丁方设计的主要不足是：⑴要求三因素的水平数相等且无交互作用。虽然当三因素的水平数不等时，可以通过调整次要因素的水平数以满足设计的要求，但有时无法达到；况且因素间可能存在交互作用，故在实际工作中有一定的局限性；⑵当因素的水平数（γ）较少时，易受偶然因素的影响。
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6．正交设计
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当实验设计的因素在三个或三个以上，且因素间可能存在交互作用时，可用正交实验设计（orthogonal design）。正交实验中各个因素的水平可以相等，也可以不等。正交设计是利用一套正交表（见有关统计书籍），将各处理因素与各水平之间各组合均匀搭配，合理安排，是一种高效、快速的多因素实验设计方法。
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正交设计的步骤是：（1）根据实验目的，确定实验因素及其水平数，重要因素的水平数可多些，次要因素的水平数可少些。（2）确定因素间是否存在交互作用及观察的交互作用项。（3）确定实验次数，可根据需要与可能而定。（4）综合上述情况选取正交表，然后按照表上安排进行实验。
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实验设计的理论和方法除了用于前瞻性实验研究的设计之外，更多地还应巧妙地应用于指导对数据的统计分析上。
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（何淑嫦）
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