Como hemos dicho antes, a veces es muy complejo examinar a cada individuo de una población, por lo que se hace el examen a unos pocos que se considera que representan a la mayoría. Este proceso es lo que se conoce como muestreo y puede ser de muchos tipos.

El muestreo probabilístico es aquel muestreo en el que cada individuo o cada unidad muestral, tiene una probabilidad conocida (distinta de 0) de ser elegido para formar parte de la muestra. Presenta la ventaja de que en la selección interviene el azar y no hay intencionalidad, por lo que las muestras suelen ser representativas, y el error de muestreo (o sesgo) es cuantificable.

Hay distintos tipos, y aunque es frecuente utilizar distintos sistemas combinados, los más frecuentes son:

1. Muestreo aleatorio: Es aquel muestreo en el que el azar decide quién va a ser elegido. Es un sistema muy habitual por su facilidad. Es el que se realiza, por ejemplo, cuando se meten todos los números en un saco o en un bombo y se extraen de forma manual o con un programa informático, los que se necesitan.
2. Muestreo sistemático: En este tipo, en lugar de hacer la selección aleatoriamente, previamente se establece un sistema para realizarla, generalmente "1 de cada n". Por ejemplo, se cogerán las historias clínicas, con una razón de 1 de cada 5; se seleccionarán todas las fichas dentales terminadas en 3; se elegirá la primera persona de cada página de un listado de individuos, etc.
3. Muestreo por conglomerado: Es aquel muestreo en el que se selecciona al azar varios grupos o conglomerados de individuos que ya están agrupados. Es sencillo de realizar, pero aporta errores ya que estos conglomerados no suenen representar a toda la población. Se realiza este muestreo cuando se decide por ejemplo, investigar sólo algunos barrios de una cuidad, para lo que se seleccionan entre todos los que haya, generalmente con un proceso de azar; o en el caso de un instituto, se sortean las clases, y una vez seleccionadas se investiga a cada uno de los individuos de esas clases. Este proceso es más fácil, pero puede suceder que esos barrios o que esas clases no representen a toda la ciudad o a todas las personas del instituto.
4. Muestreo estratificado: Se divide a la población en grupos o estratos en función de alguna característica (edad, sexo…) y se realiza en cada uno de los grupos el muestreo aleatorio o sistemático. Se realiza en aquellos casos en los que el grupo de población no es homogéneo o interesa obtener los datos estratificados. Por ejemplo, se decide realizar una investigación en un instituto y se decide coger a dos alumnos y a dos alumnas de cada grupo del centro. En este tipo de muestreo la muestra obtenida representa muy bien a la población a estudio.