分层随机化设计首先按研究对象特征，即可能产生混杂作用的某些因素（如年龄、性别、种族、文化程度、病情、有无并发症等）进行分层，然后在每层内随机地把研究对象分配到不同试验组，如实验组和对照组。

分层随机化一般只适合2～3个分层因素。若考虑的因素越多，形成的层次越多，各层所含的例数会变少，容易出现样本在不同分层因素间和组间例数的分布不均衡的情况，常常会导致每一层的治疗组和对照组人数过少，给数据管理和统计分析带来困难。对分层因素的选择应参考3条原则：①选择所研究疾病或其并发症的危险因素分层。②选择对所研究疾病的预后有明显影响的因素分层。③必须遵守最小化原则，即将分层因素控制到最低限度，如果分层过多，会造成分层后随机分组过度分散，组内样本量过小的不利因素。 

分层随机化可保证减小Ⅰ类误差，并且可以提高小样本（＜400）试验的把握度。在临床试验设计过程中，选择何种分层模式，应经研究者、申办者和统计人员一致同意后再进行决定。