Kokeellinen tutkimussuunnitelma on joukko protokollia, joita käytetään tutkimuskokeessa hypoteettisen syy -suhteen testaamiseksi. Tutkijoiden on suunniteltava kokeensa ennen kuin ne voivat aloittaa ne tutkimuksen eheyden ja elinkelpoisuuden ylläpitämiseksi. He voivat luottaa vanhempien kokeiden protokolliin, yleisiin standardeihin ja käytäntöihin sekä avun ja valvojien ohjeisiin. Kokeellisen tutkimussuunnittelun prosessi voi kestää viikkoja tai kuukausia, kun tutkijat tutkivat tutkimusprojektin kaikkia näkökohtia parhaan suunnittelun kehittämiseksi.
Ensimmäinen vaihe kokeellisessa tutkimussuunnittelussa on tutkittavan ilmiön määrittely. Tutkija voi haluta tutkia kaikkea ihmisen käyttäytymisestä biologian aiheeseen. Hänen on kuvattava, mitä hän haluaa tutkia, ja kehitettävä muutamia parametreja testauksen määrittämiseksi ja sen määrittämiseksi, miltä onnistunut lopputulos voisi näyttää. Tutkijat haluavat vahvistaa tai kieltää korrelaation ja määrittää, onko se kausaalinen vai pelkkä sattuma. Tutkimus voi antaa lopullisia tuloksia tai materiaalia, joka edistää aiheeseen liittyvää tietämystä.
Kokeiden on tapahduttava tiukasti kontrolloiduissa ympäristöissä, joissa käsitellään kaikkia mahdollisia muuttujia. Tutkija ei halua päätyä vääriin tuloksiin huonojen kokeellisten kontrollien perusteella. Siten kokeellinen tutkimussuunnittelu vaatii tutkijaa hahmottamaan kaikki muuttujat, joilla voi olla vaikutus, ja tarjoamaan mekanismi niiden hallitsemiseksi. Esimerkiksi testatessaan ihmisten käyttäytymistä ruokakaupassa, tutkijan on ehkä perustettava väärennetty ruokakauppa hallitsemaan huolellisesti valaistusta, ääntä, kohtaamisia muiden ihmisten kanssa ja muita tekijöitä.
Kokeellinen tutkimussuunnitelma näyttää mitä tutkitaan, miten sitä tutkitaan ja miten tutkija mittaa tuloksia. Joidenkin kokeiden avulla tämä voi olla helppoa, koska tutkimuksen pitäisi tuottaa kvantitatiivista tietoa. Muissa tapauksissa koe perustuu tutkittavien haastatteluihin, havaintoihin ja muihin tiedonkeruumenetelmiin. Nämä on koottava asianmukaisesti ja analysoitava hyödyllisten tutkimustulosten saamiseksi.
Kokeellista tutkimussuunnitelmaa valmistelevien tutkijoiden on oltava valmiita mihin tahansa tutkimuksen tulokseen. Jos malli pyrkii kallistamaan tuloksia kohti tiettyä tulosta, se ei ole pätevä ja voi johtaa huonoihin tietoihin. Henkilökohtainen puolueellisuus voi olla ongelma tutkimuksessa, varsinkin kun raha ajaa tiettyä tulosta. Tutkijan pitäisi pystyä osoittamaan, miten hän aikoo korjata harhaa, esimerkiksi suorittaa kaksoissokkoutetun lääketieteellisen tutkimuksen, jotta tutkijat eivät voi vaikuttaa aiheisiinsa.