教育实验设计的基本要素有：受试对象、处理因素、实验效应。
1、受试对象。
受试对象是处理因素作用的客体，按受试对象不同，可以把实验分为三类：动物实验、临床试验及现场试验。受试对象选择是否合适，是实验能够成功的关键。
医学研究受试对象有人和动物，通常先做动物实验，再做人体观察，比如新药疗效的观察通常是先做动物实验，初步观察疗效及副作用后，再进一步在患者身上做临床试验，来确定其疗效和副作用。而有的实验就能够直接在人体进行观察，比如生理、生化正常值的测定等。
2、处理因素
处理因素也叫受试因素，是研究者根据研究目的，施加的特定的实验措施。处理因素需要遵循以下几个原则：
①掌握实验中的主要因素实验效应是多种因素作用的结果。
②理清处理因素和非处理因素。
③必须标准化处理因素，确保处理因素在实验过程中始终如一。
3、实验效应
实验效应是在处理因素作用下，受试对象的反应或结局。通常通过某些观察指标，定量或定性地反映实验效应。在实验设计中不能遗漏某些重要的观察指标，避免实验结果不可靠。选择观察指标的的基本原则如下：
①客观性。尽可能选择客观指标，避免出现笼统的、不确切的指标。有的客观指标还具有判断的主观性问题，比如X线胸片是客观的，但是判断时有主观性问题，对于此种情况，要制定明确的判断标准。
②精确性。选用的指标要尽量精确。指标的精确性包括准确性和精确性，准确性是指所观察结果的真实程度，即观测值与真值的接近程度，属系统误差。精确性是指所观察结果的深度，即重复观测时，观测值与平均值的接近程度，属随机误差。实验效应指标要准确精密，但前提是准确可靠。
③灵敏性。要尽量选择高灵敏性的指标，即选择能够显著提高灵敏性的仪器对观察指标进行测量。但也要考虑实验经费问题，对灵敏度高的仪器，费用都比较昂贵，要根据实验经费，选择相对廉价且灵敏度高的测量方法。
④特异性。为更好地揭示研究问题的本质，观察指标还要具备一定的特异性。比如进行糖尿病诊断时，测定血糖的特异性就比测定尿糖的特异性要高。
实验设计的基本原则
1、对照原则。进行实验设计时，为了排除无关条件的干扰，需要设立对照实验，使得出的实验结果更有说服力。通过干预或者控制研究对象，来消除或减少实验误差。
2、平行重复原则。当做某个实验的时候，有时出现的情况具有一定的偶然性，需要多做几个对照实验，让这几组实验装置在相同的条件下同时进行，若是都出现一样的结果，会更有说服力和科学性。
3、单因子变量原则。保持其他因素不变，只改变其中某一变量，观察其对实验结果造成的影响。比如说探究温度对酶活性的影响时，只改变反应的温度，其它因素比如pH、酶浓度等完全相同并且适宜。