实验设计（experimental design）主要目的在于研究如何科学地、经济地以及更有效地进行实验，它是统计学近几十年发展起来的一部分内容。作为一个严谨的实验研究，在实验以前就要对研究的基本步骤、取样的方法、实验条件的控制、实验结果数据的统计分析方法等做出严格的规定。
心理与教育统计的这几部分内容之间有着密切联系。描述统计是推论统计的基础，后者离不开前者计算获得的特征值。描述统计只是对数据进行一般的分析归纳，如果不进一步应用推论统计作进一步分析，描述统计的结果就不会产生更大的价值和意义，达不到统计分析的最终目的和要求。同样，只有良好的实验设计才能使获得的数据具有意义，进一步的推论统计才能说明问题。一个好的实验设计，也必须符合基本的统计方法要求，否则，再好的设计，如果事先没有确定适当的统计处理方法，在处理研究结果时可能会遇到许多麻烦问题。
另外，如果依心理与教育统计研究的问题实质来划分，可将其内容划分为：①描述一件事物的性质；②比较两件事物之间的差异；③分析影响事物变化的因素；④一件事物两种不同属性之间的相互关系；⑤取样方法等等。
在心理科学与教育科学这两门学科领域中，应用的统计方法有很多相同之处。因为二者的研究对象都是人，教育现象在很多情况下要通过人的心理现象去观察和分析。例如，研究不同教学方法的效果，这是教育现象，但观测结果时必须从受教育者对知识的掌握及能力的提高方面去考察，这些就决定了二者的统计方法基本相同。但二者也有不同之处：在教育研究中，大样本的统计方法应用较多，而在心理学上小样本的统计方法较多；在实验设计上二者也有差别，教育实验中对各种因素的控制较难，采用自然实验、准实验设计方式较多，对统计结果的解释需要特别谨慎，心理学实验则在实验室条件下进行的较多，对各种实验变量的控制相对容易，统计处理结果的解释也较易进行。不过，当前心理实验研究中的生态化倾向，影响心理学实验为克服人为的实验室情境，力求实验研究情境与研究对象的生活情境更接近，也在大量地运用准实验设计方式，尤其是在教育心理学研究中更是如此。总之，考虑到心理统计与教育统计有很多相同之处，本书采取了将二者综合叙述，有时在举例上加以比较的方法，目的是希望能更有利于对各种统计方法的学习与掌握。