教育实验设计有多种分类方法，如单组、等组、循环组设计。通常是借鉴坎贝尔和斯坦利的研究成果，按实验中的变量以及无关因素控制水平，划分为两大类。一类是单因素设计(只含有一个自变量)，具体包括前实验设计、准实验设计和真实验设计。另一类是多因素设计(包含两个或多个自变量)。
特别说明一下讨论实验设计类型时所用的符号。
  x：表示一种实验处理(treatment)，是指操纵的实验变量。
  c：控制的变量(control variable)。
  0：表示一次测试或观察，是实验处理前或后的观察和测定(test，pretest or posttest)。
  R：表示被试已被随机选择分配和控制(random assignment of subjects to groups)。
  ……：表示不等组问水平的线(Groups are not randomly formed．Each line represents a group)。
(1)前实验设计。前实验设计通常是一种自然描述，用来识别自然存在的临界变量及其关系。它不是严格意义上的实验，但它却是真实实验设计的组成部分或重要元素，故称为前实验设计。前实验设计对无关变量不能控制，但可以操纵自变量。这种实验设计有三种表现形式：单组后测设计(单一性个案研究)，单组前后测设计，固定组比较设计。   
(2)准实验设计。准实验设计用于在真实的教育情境中，不能用真正的实验设计来控制无关变量，不能采用随机化方法分派被试的情况。准实验设计的特点是：不能按照随机抽样原则抽取被试和随机分配被试于各实验处理。一般是以原自然教学班为实验单位，故有一定的外部效度。准实验强调对自变量进行控制操作，但对无关变量控制较差。准实验设计有多种类型，其中主要有两种：不等控制组设计(也称非随机分派控制组前后测设计)，时间序列设计。
(3)真实验设计。这种设计使实验中的自变量、因变量、无关变量都能得到比较严格的控制，即能较好地控制内外部无效因素，并有效地操纵研究变量。真实验设计都有一个控制组，被试随机选择并随机分派到组，主要有三种类型：实验组、控制组前后测设计(也称随机分派控制组前后测设计)；实验组、控制组后测设计(也称随机分派控制组后测设计)；所罗门四组设计。