试验设计中必须考虑的三个基本原则：重复试验（replication）、随机化（randomization）和区组化（blocking）。
（1）重复试验。
重复试验是试验设计中的第一个原则。
重复试验是指一个处理施于多个试验单元，这些单元是在统计推断中一个处理所形成的总体的代表，它可以使试验误差的大小得以估计。通常的显著性检验都是拿不同处理间形成的差别与随机误差相比较，只有当处理间这种差别比随机误差显著地大时，才说“处理间的差别是显著的”。没有随机误差就无法进行任何统计推断，因此，在试验设计中安排重复试验是必不可少。
需要注意的是：一定要进行不同单元的重复，而不能仅进行同单元的重复。换言之，一定要重新做试验即重复试验，而不能仅仅是重复观测或重复取样，在试验中一定要包含真正的重复。
相同条件处的一次试验无法估计出试验误差，从而无法进行显著性分析。最好的办法是在相同试验条件下的中心点处重复3到4次，这样既安排了重复试验又不破坏试验计划的正交性和平衡性。
（2）随机化。
随机化是试验设计中的第二个原则。随机化的含义是以完全随机的方式安排各次试验的顺序和/或所用试验单元。这样做的目的是防止那些试验者未知的，但可能会对响应变量生产的某些系统影响。
随机化并没有减少减少试验误差本身，但随机化可以防止未知的但可能会对响应变量产生的某种系统影响。
（3）区组化。
区组化是试验设计中的第三个原则。各试验单元间难免会有某些差异，如果能按某种方式把它们分成组，而每组内可以保证差异较小，即它们具有同质齐性（homogeneous），则可以在很大程度上消除由于较大试验误差所带来的分析上的不利影响。
一组同质齐性的试验单元称为一个区组（block），将全部试验单元划分为若干区组的方法称为分区组或区组化。通过在同一个区组内比较处理间的差异，就可以使区组效应在各处理效应的比较中得以消除，从而使对整个试验的分析更为有效。
在区组内还应该用随机化的方法进行试验顺序及试验单元分配的安排。
在试验的设计中应遵照下列原则：
能分区组者则分区组，不能分区组者则随机化。
