Le premier avantage de la méthode expérimentale découle de la possibilité qu'a le chercheur de manipuler rigoureusement une ou plusieurs variables en précisant les conditions exactes de leur utilisation (VI) ou de leur apparition (VD), de manière que d'autres puissent reproduire l'expérience et vérifier la véracité des résultats obtenus. Un autre avantage, peut-être le plus important, réside dans le contrôle idéalement total (pas seulement VI et VD) de la situation de recherche (Ex. laboratoire…). On fait donc l'hypothèse que c'est l'influence des variables indépendantes qui est la plus déterminante et qui explique donc au premier chef les résultats obtenus. Cependant, on ne peut exclure l'effet d'autres variables. Deux catégories de variables indépendantes peuvent déjà être distinguées : les variables invoquées et les variables provoquées.

Les variables indépendantes

Les variables invoquées ou organismiques : ce sont les caractéristiques relativement stables d'un organisme, tant sur le plan psychologique ou sur le plan culturel (sexe ; couleur des yeux ; taille ; poids ; intelligence ; niveau d'instruction ; anxiété ; introversion-extraversion ; culture ; religion ; etc).

Les variables provoquées (ou les variables-stimulus)

Dans une expérimentation au sens strict, la variable indépendante peut être considérée comme un stimulus dans la mesure où ce mot se réfère de façon très large à tout aspect de l'environnement - physique (bruit, lumière…) ; social (nombre de personne présentes, etc) ; interne (drogue…) qui excite des récepteurs et provoque des modifications comportementales ou " réponse ". En général, les variables provoquées peuvent prendre plusieurs valeurs au gré des choix de l'expérimentateur ; on appelle ces valeurs les modalités ou les états de la variable.

Les variables dépendantes (ou mesure de réponses)

Il s'agit donc de mesurer les modifications de comportement ou réponses à une ou des variables-stimulus. On y trouve les aspects comportementaux les plus divers (mesurer la production de salive, l'EEG, le temps de réaction, la résolution de problème, l'interaction dans les groupes, le jugement moral…). Quelque soit le phénomène étudié, il faut s'efforcer de mesurer la réponse de manière aussi précise aussi que possible. On peut mesurer les réponses de différentes façons:

1. précision : examiner quelle précision est possible mais aussi utile, c'est-à-dire conserve un sens. Ex. division pour les tirs sur une cible ; nombre de panier au basket ; nombre d'échelons d'une échelle d'évaluation, durée au dixième, au centième de seconde…)

2. intensité : on cherche à quantifier la réponse. Ex. amplitude de la réaction électro-dermale ; de la réponse de sursaut, quantité de nourriture ingérée…

3. latence : c'est le temp écoulé entre le début du stimulus et le début de la réponse. Ex. étude des temps de réaction ; temps entre pistolet-starter et moment où le pied du coureur ne touche plus le starting-block…

4. vitesse : temps écoulé depuis le début jusqu'à la fin de la réponse. Il peut être très court (pousser sur un bouton dès qu'on a perçu un signal sonore) ou assez long (résolution d'un problème)

5. fréquence (taux) : c'est le nombre de réponse par unité de temps. Ex. taxe d'incitation ou de modération ; technique de marketing des grandes surfaces. C'est une notion dont l'importance est capitale dans la problématique du conditionnnement opérant. Le taux de réponses est une indication directe de la probabilité que de nouvelles réponses soient émises par la suite. Le taux de réponses révèle le mode d'adaptation de l'organisme aux conditions du milieu.

6. persistence des réponses après extinction : comment et jusqu'à quand les réponses persitentent-elles après l'arrêt des conditions stimulante ? Ex. décours de l'extinction

7. rester à l'affût de réponses inattendues : l'organisme produit un grand nombre de réponses. L'expérimentateur va choisir d'en mesurer une qu'il a retenue comme variable indépendante. Chaque variable-stimulus induit le plus souvent plusieurs réponses et, pour se donner les meilleures chances, l'expérimentateur doit choisir la plus adéquate comme variable dépendante.

8. validité de la (des) VD :  mesure-t-elle bien ce qu'elle est censée mesurer ? C'est un problème extrêmement important dont dépend la pertinence de la recherche. La VD choisie convient-elle pour mettre à l'épreuve l'hypothèse qu'on veut tester ? C'est aussi un problème d'opérationnalisation. Ex. Quelles informations faut-il prendre pour mesurer l'anxiété ou la créativité ? Il y a là une difficulté quant à la manière de traduire un concept général, complexe et parfois mal défini en comportements mesurables (VD). La sélection que l'on opère est souvent partielle et discutable.

9. Fidélité de la ou des VD : c'est une mesure de la constance des résultats lors de répétition d'une expérience. Elle ne garantit nullement la validité. Ex. mesurer une capacité avec récipent mal gradué à fidèle, mais pas valide.

Les variables parasites

Le terme de variable parasite est plutôt réservé à des variables moins faciles à identifier et à circonscrire. On distingue deux niveaux de variables parasites : a) Les variables parasites aléatoire : des individus différents placés dans les mêmes conditions ne produisent pas des résultats identiques : la variabilité interindividuelle est faite de multiple facteurs qui se surajoutent à la relation VI-VD et viennent influencer les résultats. Il devient malaisé de savoir quelle part des résultats revient à la VI proprement dite. En réalité, il s'avère impossible de contrôler toutes les variables imaginables.

Les variables parasites systématiques : ce sont celles que l'expérimentateur craint le plus. En effet, elles faussent systématiquement les résultats d'une expérience dans un sens déterminé, toujours le même.

Autres variables

Les variables intermédiaires : soit deux types différents d'apprentissage (VI) dont on veut comparer les effets (VD). Entre VI et VD viennent s'intercaler une série de variables intermédiaires. En effet, des apprentissages dépendront aussi de la motivation des sujets, de leur QI, de leur fatigue, etc. Dans cette catégorie, on met ainsi les grosses variables dont on peut aisément suspecter l'influence sur le phénomène étudié. Cette situation se résout de deux manières :
a) si on a tiré un nombre suffisant de sujets au hasard, on peut estimer que chacun des deux groupes a toutes les chances de présenter la même composition quant à la distribution des valeurs de ces variables intermédiaires.
b) Si on a des plus petits groupes alors on a tout intérêt à les faire changer de statut : de variables intermédiaire, on les transforme en variables indépendantes incluses dans le plan de l'expérience.

Variables cachées : l'observation directe n'est pas possible car les "constructs" ne se manifeste que de façon indirecte dans le comportement.