İnsan davranışı ve zihinsel süreçlerin karmaşıklığı, bu olguların yorumlanmasına yardımcı değişkenler ve konu oldukları biliçdışı süreçler deneysel psikolojinin tutarlı bir yöntemler dizgesine sahip olmasını zorunlu kılmaktadır.
Psikolojideki temel deneysel yöntemler dış değişkenlerin denetimi, deneyci yanlılığının azaltılması, deneysel evrelerin ağırlıklandırılması, uygun örnek sayısı, güvenilir ve geçerliişlemsel tanım kullanımı ve istatistiksel çözümlemedir. Psikoloji bölümlerinin lisans programları Araştırma Yöntemleri ve İstatistik konularında zorunlu dersler içermektedir.
Yasal ve ahlaksal sorunlar nedeniyle deneysel psikologlar hayvanlar üzerinde araştırma yaparlar. Deneyler ile değişik çevre koşullarının davranışı nasıl etkilediği araştırmalar ile bulunmaya çalışılır. Deneysel psikoloji deyince günümüz psikologlarının aklına, hayvan davranışları üzerinde yapılan çalışmalar gelir.