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생물·화학 분석, 산업품질관리 또는 사회여론조사에서처럼 모집단의 모든 구성원으로부터 정보를 얻는 것이 비현실적인 경우에 표본추출이나 통계적 추론을 이용한다.

기본적인 표본추출계획은 확률론에 기초한 단순임의표본추출이다. 임의추출법의 경우 모집단의 모든 원소는 뽑힐 확률이 똑같다. 예를 들어 50명 학생으로 구성된 한 학급의 표본추출의 경우 각 학생이 뽑힐 확률은 똑같이 1/50이다. 모집단에서 추출된 원소들로 이루어진 조합도 선택될 확률이 모두 같다. 확률론에 기초한 표본추출로 조사원은 가능성(통계적인 결과는 우연의 결과임)을 결정한다.

이 기본개념에 의해 고안된 가장 널리 사용되는 방법은 층별추출(모집단을 층으로 나누어 각 층에서 임의로 하는 표본추출)·집단추출(표본추출의 단위가 가족과 같은 집단인 경우)·계통표본추출(목록의 매 10번째 이름들처럼 어떤 규칙에 의한 표본추출) 등이 있다.

확률표본추출의 대안이 유의 표본추출로, 조사자의 판단에 의해 선택이 이루어지며 각 경우에 표본에는 알지 못하는 포함확률이 있다. 보통 확률법이 더 좋다. 이는 선택의 치우침을 피하고 표본추출오차(표본에서 얻은 측정값과 표본을 추출해낸 전체 모집단에서 얻은 측정값 사이의 차이)를 알아내는 것이 가능하기 때문이다.