Jak je uvedeno výše v části Odhad, statistická inference je proces, při kterém se používají data z výběrového souboru k odhadům nebo testování hypotéz o populaci. Oblast metod výběrových šetření se zabývá efektivními způsoby získávání výběrových dat. Třemi nejběžnějšími typy výběrových šetření jsou šetření poštou, telefonická šetření a osobní rozhovory. Všechny tyto metody zahrnují použití dotazníku, pro který existuje velké množství poznatků o formulaci, pořadí a seskupení otázek. Existují i další typy výběrových šetření, které nezahrnují dotazník. Například výběr vzorků účetních záznamů pro audit a použití počítače pro výběr vzorků z rozsáhlé databáze jsou výběrová šetření, která ke sběru dat využívají přímé pozorování jednotek ve vzorku.
Cílem při navrhování výběrových šetření je získat vzorek, který je reprezentativní pro populaci, aby bylo možné učinit přesné závěry. Výběrová chyba je rozdíl mezi populačním parametrem a výběrovou statistikou použitou k jeho odhadu. Například rozdíl mezi populačním průměrem a výběrovým průměrem je výběrová chyba. K výběrové chybě dochází proto, že je zkoumána část, a nikoli celá populace. Metody pravděpodobnostního výběru, u nichž je známa pravděpodobnost výskytu každé jednotky ve vzorku, umožňují statistikům vyslovit pravděpodobnostní tvrzení o velikosti výběrové chyby. Metody nepravděpodobnostního výběru, které jsou založeny spíše na výhodnosti nebo úsudku než na pravděpodobnosti, se často používají kvůli nákladům a času. Při vyvozování závěrů z nepravděpodobnostního vzorku je však třeba být velmi opatrný; to, zda je vzorek reprezentativní, závisí na úsudku osob, které průzkum navrhují a provádějí, a nikoli na správných statistických zásadách. Kromě toho neexistuje objektivní základ pro stanovení hranic výběrové chyby, pokud byl použit nepravděpodobnostní vzorek.
Většina vládních a profesionálních průzkumů veřejného mínění používá pravděpodobnostní výběr. Obecně lze předpokládat, že každý průzkum, který uvádí plusovou nebo minusovou chybu, byl proveden s použitím pravděpodobnostního výběru. Statistici dávají přednost metodám pravděpodobnostního výběru a doporučují je používat, kdykoli je to možné. K dispozici je celá řada metod pravděpodobnostního výběru. Zde je uvedeno několik nejběžnějších z nich.
Prostý náhodný výběr je základem mnoha metod pravděpodobnostního výběru. Při prostém náhodném výběru má každý možný vzorek o velikosti n stejnou pravděpodobnost, že bude vybrán. Tato metoda byla popsána výše v části Odhad.
Stratifikovaný prostý náhodný výběr je variantou prostého náhodného výběru, při níž je soubor rozdělen do relativně homogenních skupin nazývaných vrstvy a z každé vrstvy je vybrán prostý náhodný vzorek. Výsledky z jednotlivých vrstev jsou pak agregovány, aby bylo možné učinit závěry o populaci. Vedlejší výhodou této metody je, že lze také učinit závěry o subpopulaci reprezentované každou vrstvou.
Shlukový výběr zahrnuje rozdělení populace do samostatných skupin nazývaných shluky. Na rozdíl od stratifikovaného prostého náhodného výběru je žádoucí, aby shluky byly složeny z různorodých jednotek. Při jednostupňovém shlukovém výběru se vybírá prostý náhodný vzorek shluků a údaje se shromažďují od každé jednotky ve vybraných shlucích. Při dvoustupňovém shlukovém výběru se vybere jednoduchý náhodný vzorek shluků a poté se z jednotek v každém shluku vybere jednoduchý náhodný vzorek. Jednou z hlavních aplikací shlukového výběru je tzv. plošný výběr, kde shluky tvoří okresy, městské obvody, městské bloky nebo jiné přesně vymezené geografické části populace.
.