ניסוי
ניסויים מבוקרים

השערות רבות במדע, בפיזיקה למשל, יכולות לבסס קשר סיבתי בין גורמים בכך שהן מצביעות על העובדה כי עד אשר לא מתרחשת תופעה מסוימת, לא קורה דבר אחר וכי כאשר התופעה מתרחשת, ניתן לצפות באותה תופעה אחרת. מצבים כאלה נדירים במדע.
לדוגמה, יש בדיחה ישנה ולפיה מישהו טוען כי מרעיש כדי להרחיק ממנו את הטיגריסים ומיד מצדיק את התנהגותו באמירה: "אתה רואה, זה עובד!" בעוד ש"ניסוי" זה איננו מפריך את ההשערה כי "השמעת רעש מרחיקה טיגריסים", הוא גם איננו תומך בהשערה ולפיה: אי-השמעת רעש איננה מרחיקה את הטיגריסים.
כדי להדגים השערה בדבר קשר סיבתי בין אירועים, הניסוי חייב להראות כי, לדוגמה, תופעה מסוימת מתרחשת לאחר שניתן לנבדק טיפול מסוים וכי התופעה איננה מתרחשת בהיעדר אותו טיפול. (ראו שיטת בייקון).
ניסוי מבוקר משווה בדרך כלל בין התוצאות שהתקבלו בדגימת הניסוי (או קבוצת הניסוי) לבין התוצאות שהתקבלו בדגימת הבקרה (או קבוצת הבקרה), שהיא זהה בכל לדגימת הניסוי להוציא את אותו גורם שאת השפעתו אנחנו מבקשים לבדוק. ניסויים בתרופות הם דוגמה טובה לשיטת ניסוי זו. קבוצת הניסוי היא הקבוצה המקבלת את התרופה, בעוד שקבוצת הבקרה תקבל פלצבו. בניסויי מעבדה רבים רצוי לבצע את הניסוי על דגימות חוזרות ולקיים דגימות בקרה חיוביות ודגימות בקרה שליליות. את התוצאות המתקבלות מדגימות הניסוי החוזרות ניתן בדרך כלל לחשב בממוצע, או אם תוצאות אחת הדגימות החוזרות חורגת במידה ברורה מן הדגימות האחרות, ניתן להתעלם ממנה כתוצאה של טעות בניסוי (ייתכן שפסחנו על צעד ניסויי כלשהו בדגימה זו). לעיתים, חוזרים על אותו ניסוי פעמיים ושלוש, כדי להגביר את תוקף התוצאות.
דגימת בקרה חיובית עוברת הליך הדומה מאוד לניסוי עצמו, אבל זהו הליך שידוע מניסויים קודמים כי יניב תוצאה חיובית. בקרה שלילית היא הליך שידוע כי יניב תוצאה שלילית. הבקרה החיובית מאששת את ההנחה כי תנאי הניסוי הם כאלה שניתן היה לקבל תוצאה חיובית, אפילו אף לא אחת מדגימות הניסוי עצמו הניבה תוצאה חיובית. הבקרה השלילית מדגימה את התוצאות המתקבלות כאשר הניסוי אינו מניב את התוצאה החיובית. לעיתים קרובות מתייחסים לבקרה השלילית כאל תוצאת "רקע" שאותה יש להפחית מן התוצאות המתקבלות מדגימות הניסוי.
ניתן לבצע ניסויים מבוקרים אף בתנאים שבהם קשה לשלוט על כל משתני הניסוי. במקרה כזה הניסוי נפתח ביצירת שתי קבוצות (או יותר) של דגימות השוות מבחינה הסתברותית. זאת אומרת, שמדידות של תכונות שונות בין שתי הקבוצות נמצאו זהות והקבוצות מגיבות באופן זהה לאותו טיפול. הזהות הזו בין הקבוצות נקבעת בשיטות סטטיסטיות הלוקחות בחשבון את מידת השונות בין היחידים וכן את מספר היחידים בכל קבוצה. בשטחים מדעיים כמו מיקרוביולוגיה וכימיה, שבהם כמעט ולא קיימים הבדלים בין יחידים בקבוצות מדגם, וגודל קבוצות המדגם מורכב ממיליוני יחידות (למשל, מולקולות, או חיידקים), ניתן לפסוח על שיטות סטטיסטיות אלה מתוך ההנחה כי די בחלוקת המדגם לשתי קבוצות מדגם (ניסוי ובקרה) ובכך השגנו שתי דגימות זהות. לעומת זאת, בניסויים על בני-אדם, נדרשת בדרך כלל הקצאה אקראית (RCT) כדי לקבל קבוצות דומות מספיק בתחילת הניסוי.
מרגע שבידינו שתי דגימות זהות, מהלך הניסוי מתוכנן כך שהן תקבלנה תנאים זהים בדיוק, להוציא משתנה בודד, שאותו אנו חפצים לבדוק. ניסויים בבני אדם דורשים שימוש באמצעי זהירות מיוחדים כדי לשלוט בגורמים חיצוניים, כגון אפקט הפלצבו. ניסויים כאלה הם בדרך כלל עם סמיות כפולה. זאת אומרת, שגם הנבדק וגם החוקר אינם יודעים מי מהנבדקים משתייך לקבוצת הניסוי ומי מהם לקבוצת הבקרה, אלא לאחר שהסתיים הניסוי וכל המידע הרצוי נאסף. אמצעי בקרה זה מבטיח שההשפעה היחידה על הנבדק תהיה כתוצאה מן הטיפול הניתן ולא כתוצאה מתגובה לידיעה שהוא מטופל בתרופה הניסיונית.