Eine Stichprobe, bei der die untersuchten Elemente der Grundgesamtheit zufällig ausgewählt werden. Nur aus Zufallsstichproben kann mit den Methoden der beurteilenden Statistik in sinnvoller Weise auf die Grundgesamtheit geschlossen werden. Keine Zufallsauswahl wäre es z. B., eine Meinungsumfrage zur Bundestagswahl nur auf einem Parteitag einer der antretenden Parteien durchzuführen, denn das daraus prognostizierte Wahlergebnis wird ein ganz anderes sein, als wenn die Stichprobe Anhänger aller Parteien (und überzeugte Nichtwähler) enthielte.
Wenn eine Stichprobe eine Zufallsstichprobe ist, kann man die untersuchten statistischen Merkmale als Zufallsvariablen behandeln und damit bei der Datenanalyse die Gesetzmäßigkeiten der Wahrscheinlichkeitsrechnung anwenden.