Tilastollisella otannalla tarkoitetaan populaatioiden tutkimista keräämällä tietoja ja analysoimalla niitä. Se on perustana suurelle määrälle tietoa, joka vaihtelee arvioista maan keskipituudesta tutkimuksiin markkinoinnin vaikutuksista lapsille. Lukuisat ammatit käyttävät tilastollista otantaa, mukaan lukien psykologia, väestötiede ja antropologia. Kuten mikä tahansa tutkimusmenetelmä, myös tämä menetelmä on altis virheille, ja on tärkeää analysoida tutkimuksen suorittamiseen käytetyt menetelmät ennen tulosten hyväksymistä.
Tämä prosessi alkaa määrittelemällä väestö, jonka tiedemies haluaa tutkia, ja muuttuja, jonka hän haluaa mitata. Esimerkiksi joku saattaa haluta tietää peruskoululaisten keskimääräisen painon. Seuraavaksi tiedemies päättää, miten halutut tiedot kerätään. Edellisessä esimerkissä tiedemies saattoi matkustaa kouluun asteikolla, lähettää kyselylomakkeita lääkäreille tai vanhemmille tai yrittää saada pääsyn koulun terveystietoihin. Monet tutkijat yrittävät mitata suoraan, eivätkä luottaa itsevasteisiin, koska näin tulokset ovat johdonmukaisia.
Kun populaatio, mitattava muuttuja ja menetelmä on määritelty, tiedemies päättää, kuinka otan väestön tarkasti niin, että kerätyt tiedot edustavat suurempaa ryhmää. Toisin sanoen tilastollinen otanta ei sisällä halutun muuttujan mittaamista jokaisessa tutkittavan väestön yksilössä; valikoimaa yksilöitä käytetään tulosten yleistämiseen. Yleensä mitä suurempi otoskoko, sitä parempia tuloksia.
Yleisin järjestelmä on satunnaisotanta, jossa tiedemies luo luettelon satunnaisista yksilöistä keskustietokannasta. Jotkut tutkijat käyttävät klusterinäytteenottoa, jossa populaatio on jaettu joukkoon pieniä klustereita ja kutakin klusteria tutkitaan perusteellisesti. Toiset voivat käyttää järjestelmällistä otantaa, jossa tutkitaan joka n. Vaarallisin ja epäluotettavin tilastollisen otannan valintajärjestelmä on mukavuusnäytteenotto; joku seisoo kadunkulmassa, jossa on kyselyitä, käyttää kätevää näytteenottoa, joka voi tuottaa erittäin epätarkkoja tuloksia.
Kun tiedot on kerätty, tutkija analysoi ne ja tekee niistä yleistyksiä populaatiosta. Tutkimuksissa, jotka perustuvat tilastolliseen otantaan, käytetty menetelmä on yleensä selvästi yksityiskohtainen, jotta muut tutkijat voivat päättää, onko menetelmä pätevä vai ei. Virheellinen menetelmä voi aiheuttaa näytteenottovirheen, joka kyseenalaistaa tutkimuksen tulokset.