随机区组设计(randomizedblockdesign)又称为配伍组设计，是配对设计的扩展。具体做法是：先按影响实验结果的非处理因素(如性别、体重、年龄、职业、病情、病程等)将实验对象配成区组(block)，再分别将各区组内的实验对象随机分配到个处理组或对照组。与完全随机设计相比，随机区组设计的特点是随机分配的次数要重复多次，每次随机分配都对同一个区组内的实验对象进行，且各个处理组实验对象数量相同，区组内均衡。在进行统计分析时，将区组变异离均差平方和从完全随机设计的组内离均差平方和中分离出来，从而减小组内离均差平方和(误差平方和)，提高了统计检验效率。若将区组作为另一处理因素的不同水平，随机区组设计等同于无重复观察的两因素设计。