Schemat eksperymentalny – to jeden z podstawowych schematów badawczych stosowanych do oceny zależności przyczynowo-skutkowych. Jego istotą jest celowe wprowadzenie manipulacji eksperymentalnej oraz porównanie wyników między warunkami różniącymi się zastosowanym oddziaływaniem.  Pozwala ocenić, czy zmiana wprowadzona przez badacza prowadzi do zmiany wartości zmiennej zależnej .

Najprostszą postacią eksperymentu jest porównanie dwóch grup: eksperymentalnej i kontrolnej. Grupa eksperymentalna poddawana jest określonej manipulacji, natomiast grupa kontrolna stanowi punkt odniesienia i nie otrzymuje badanego oddziaływania albo otrzymuje jego neutralny odpowiednik, np. placebo. Aby wnioskowanie przyczynowe było możliwie wiarygodne, pozostałe warunki badania powinny być kontrolowane, a uczestnicy – jeśli jest to możliwe – losowo przypisywani do grup. Pozwala to ograniczyć wpływ zmiennych zakłócających i zwiększyć trafność wewnętrzną badania.  Im lepiej kontrolowane są różnice między grupami poza samą manipulacją, tym mocniejsze są podstawy do przypisania obserwowanego efektu badanemu czynnikowi .

Do analizy wyników prostych eksperymentów z dwiema niezależnymi grupami często stosuje się test t Studenta dla prób niezależnych. Gdy badanie obejmuje trzy lub więcej grup, typowym rozwiązaniem jest analiza wariancji. W schematach z powtarzanymi pomiarami stosuje się z kolei test t dla prób zależnych albo ANOVA z powtarzanym pomiarem. W bardziej złożonych eksperymentach można jednocześnie manipulować kilkoma zmiennymi niezależnymi. W takim przypadku możliwe jest badanie zarówno efektów głównych, jak i efektów interakcji.