Som framgår ovan i avsnittet Skattning är statistisk slutsats en process där man använder data från ett stickprov för att göra uppskattningar eller testa hypoteser om en population. Området metoder för stickprovsundersökningar handlar om effektiva sätt att få fram stickprovsdata. De tre vanligaste typerna av urvalsundersökningar är postundersökningar, telefonundersökningar och undersökningar med personliga intervjuer. Alla dessa innebär att man använder sig av ett frågeformulär, för vilket det finns en stor mängd kunskap om formulering, ordningsföljd och gruppering av frågor. Det finns andra typer av stickprovsundersökningar som inte innehåller något frågeformulär. Exempelvis är provtagning av bokföringsposter för revisioner och användning av en dator för att ta stickprov ur en stor databas stickprovsundersökningar som använder sig av direkt observation av de utvalda enheterna för att samla in data.
Ett mål vid utformningen av stickprovsundersökningar är att erhålla ett stickprov som är representativt för populationen, så att exakta slutsatser kan göras. Urvalsfel är skillnaden mellan en populationsparameter och en urvalsstatistik som används för att skatta den. Till exempel är skillnaden mellan ett populationsmedelvärde och ett urvalsmedelvärde ett urvalsfel. Urvalsfel uppstår eftersom en del av populationen undersöks, inte hela populationen. Med hjälp av metoder för sannolikhetsurval, där sannolikheten för att varje enhet ska förekomma i urvalet är känd, kan statistiker göra sannolikhetsuttalanden om storleken på urvalsfelet. Icke-sannolikhetsurvalsmetoder, som bygger på bekvämlighet eller bedömning snarare än på sannolikhet, används ofta av kostnads- och tidsfördelar. Man bör dock vara ytterst försiktig när man drar slutsatser från ett icke-sannolikhetsurval; huruvida urvalet är representativt eller inte beror på de personer som utformar och genomför undersökningen och inte på sunda statistiska principer. Dessutom finns det ingen objektiv grund för att fastställa gränser för urvalsfelet när ett icke-sannolikhetsurval har använts.
De flesta statliga och professionella opinionsundersökningar använder sannolikhetsurval. Man kan i allmänhet anta att alla undersökningar som redovisar en felmarginal på plus eller minus har genomförts med sannolikhetsurval. Statistiker föredrar sannolikhetsurvalsmetoder och rekommenderar att de används när det är möjligt. Det finns en rad olika metoder för sannolikhetsurval. Några av de vanligaste granskas här.
Simpelt slumpmässigt urval utgör grunden för många metoder för sannolikhetsurval. Med enkelt slumpmässigt urval har varje möjligt urval av storlek n samma sannolikhet att väljas ut. Denna metod diskuterades ovan i avsnittet Skattning.
Stratifierat enkelt slumpmässigt urval är en variant av enkelt slumpmässigt urval där populationen delas in i relativt homogena grupper som kallas strata och ett enkelt slumpmässigt urval görs från varje stratum. Resultaten från strata aggregeras sedan för att göra slutsatser om populationen. En sidofördel med denna metod är att man också kan dra slutsatser om den delpopulation som representeras av varje stratum.
Cluster sampling innebär att man delar in populationen i separata grupper som kallas kluster. Till skillnad från stratifierad enkel slumpmässig provtagning är det önskvärt att klustren består av heterogena enheter. Vid enstegs klusterprovtagning väljs ett enkelt slumpmässigt urval av kluster ut och uppgifter samlas in från varje enhet i de utvalda klustren. Vid tvåstegsklusterurval väljs ett enkelt slumpmässigt urval av kluster ut och därefter väljs ett enkelt slumpmässigt urval från enheterna i varje kluster som ingår i urvalet. En av de viktigaste tillämpningarna av klusterprovtagning kallas områdesprovtagning, där klustren utgörs av län, kommuner, stadsdelar eller andra väldefinierade geografiska delar av befolkningen.