1．自变量
实验中实验者所操纵的、对被试的反应产生影响的变量就是自变量。心理学实验涉及到的自变量种类很多，但是大致可以分为三类：（1）作业变量——实验中被试任务的任何特性；（2）环境变量；（3）被试变量——可能影响对某种刺激的反应的被试的特性因素，包括：被试的性别、年龄、健康状况、智力、教育水平、人格特征、动机、态度、内驱力等。有些被试变量可以由实验者操纵，例如内驱力强度就可以用禁食或禁饮的时间加以操纵，而有些则不能操纵的，只能进行测量，例如智力、教育水平、自我强度等。
对自变量控制的好环，直接影响实验的成败。它主要经历以下两个步骤：
（1）对自变量下操作定义：许多时候，实验者无法从实验目的直接得到合适的自变量，直接得来的自变量往往不够明确。解决这一问题的办法是采用明确、统一、可以量化的术语对自变量进行严格的规定，这就是对自变量下操作定义的过程。操作定义明确了自变量的内涵，同时也往往指出了自变量操纵的方法。例如实验者把疲劳定义为“从事某种体力劳动的时间量”，这就意味着对“疲劳”这一自变量的操纵就是通过改变被试的劳动时间来完成的。
（2）确定自变量的各个水平：所谓自变量的水平，即指自变量的一个取值（或操纵结果）。例如以疲劳为自变量的研究中，设定了“体力劳动时间”这一操作定义，那么接下来研究者就可以确定两个水平的疲劳程度了，如：1小时、2小时。自变量的水平数至少为2。因素型实验的自变量一般不超过4个水平，并应尽量使自变量变化范围（全距）较大，各个水平在全距上分布平均。而函数型实验的自变量水平需要更多些，如果预期实验考察的是线性函数关系，可以取3—5个水平；如果是关于更复杂函数关系的，则至少需要5个水平。同样，自变量的变化范围不宜过小，一般应该通过文献工作确定合适的全距大小。至于自变量各个水平在全距范围上的分布，则可以根据实际情况而定。若预期自变量和因变量的关系是接近于线性函数，则各水平平均分布即可；而如果预期自变量和因变量符合对数函数关系，则各水平间的间距应按对数单位变化。
2．因变量
由操纵自变量而引起的被试的某种特定反应称为因变量。一般来说，对于因
变量的测量有客观指标也有主观指标。其中客观指标主要有：（1）反应速度；（2）反应速度的差异，例如：在内隐学习的研究中，被试对随机组字母和规则组字母的反应时之差就可以作为内隐学习量的指标；（3）反应的正确性；（4）反应的难度，有些作业可以定出一个难易等级，看被试或动物能达到什么水平，如斯金纳箱就有三个难度等级。而因变量的主观指标主要是指被试的口语记录。口语记录是指被试在实验时对自己心理活动进程所作叙述的记录，或在实验之后，被试对主试提出问题所作回答的记录。
因变量的控制主要着眼于如何精确客观地记录下它的变化。一般而言，有几种主要方法可以用于因变量的控制：
（1）反应控制：目的是让被试的反应确实发生在实验者感兴趣的因变量维度上。在人作为被试的实验中，对反应的控制往往是通过指导语实现的。心理学实验中，规范的指导语应符合以下要求：内容确定、完全、简单明确、标准化。在指导语不能充分控制反应时，就要很好地考虑刺激条件和实验装置，使刺激条件、实验装置与指导语配合起来，使被试只能作出主试所要求的反应。
（2）选择恰当的因变量指标：为使实验中被试的反应能够具体度量，就要规定一定的标准。这其实就是为使反应能够具体度量而规定一系列标准或具体指标的过程，简单地说，也即选择恰当的因变量指标的过程。在心理学实验中，一般常用的反应指标有：绝对阈限、差别阈限、反应时、反应持续时间、反应程度、完成量、错误率、完成一定的作业所需要的时间、达到一定基准所需要的次数以及口头报告等等。但是不管怎样，一个恰当的因变量指标必须满足以下标准：有效性——指标充分代表当时的现象或过程的程度；（2）客观性——指标是客观存在的；（3）数量化——指标能数量化，便于记录、统计和互相比较。
（3）避免量程限制：在以上几个选择指标的条件中，有效性是最重要的。在影响指标有效性的各种因素里，天花板效应和地板效应是尤其典型的情况。这两种效应是指反应指标的量程不够大，而造成反应停留在指标量表的最顶端或最低端，从而使指标的有效性遭受损失。通常，避免天花板和地板效应的方法是：尝试着先通过实验设计去避免极端的反应，然后再试着通过测试少量的先期被试来考察他们对任务操作的反应情况。如果被试的反应接近指标量程的顶端或底端，那么实验任务就需修正。
3．控制变量
实验中并不仅仅只有自变量才是和因变量有关的，在自变量之外往往存在着额外相关变量。同时又由于实验者必须想办法控制额外变量对因变量的影响，额外变量也常被叫做控制变量。一般来说，实验过程中的温度、环境噪音、照明情况、被试身体状况等都能成为额外变量的来源。不过对于心理学实验而言，有一部分额外变量是其特有的，那就是来源于主试和被试相互作用的额外变量。
在实验中，主试（实验者）和被试之间可能存在着某种干扰实验、使实验结果发生混淆的相互作用。这种相互作用就可能带来一些额外变量。这种作用主要表现为两个方面：（1）实验者效应：主试在实验中可能以某种方式（如表情、手势、语气等）有意无意地影响被试，使他们的反应附和实验者的期望。（2）要求特征：实验中，被试自发地对实验者的实验目的产生一个假设或猜想，然后再以一种自以为能满足这一假想的实验目的的方式进行反应的特征。要求特征的典型例子是霍桑效应和安慰剂效应。
在心理学实验中，对额外变量的控制技术主要有：（1）排除法：把额外变量从实验中排除出去。例如，如果外界的噪音和光线影响实验，最好的办法就是进入隔音室或暗室，这样可以把它们排除掉；（2）恒定法：旨在使额外变量在实验过程中保持恒定不变；（3）匹配法：使实验组和控制组中的被试属性相等的一种方法；（4）随机化和平衡法：把被试随机地分派到各处理组中去的技术，以使额外变量的效果互相抵消；（5）统计控制法：在实验完成后通过一定的统计技术来事后避免实验中额外变量的干扰。