Τα άτομα που αποτελούν ένα τυχαίο δείγμα επιλέγονται κατά τρόπο πιθανολογικό, δηλαδή στην τύχη, μεταξύ των μελών του πληθυσμού αναφοράς. Για την κατασκευή ενός τυχαίου δείγματος τα άτομα πρέπει να επιλεγούν ανεξάρτητα από όλα τα χαρακτηριστικά ή τις ιδιότητές τους. Από τεχνική άποψη, είναι απαραίτητο όλα τα άτομα του πληθυσμού αναφοράς να έχουν μια γνωστή και μη μηδενική πιθανότητα να περιληφθούν στο δείγμα.