Плани́рование экспериме́нта, раздел математической статистики, изучающий рациональную организацию измерений, подверженных случайным ошибкам. Обычно рассматривается следующая схема планирования эксперимента. Измеряются значения функции $f(θ,x)$; измерения подвержены случайным ошибкам, параметр $θ$ (числовой или векторный) неизвестен, переменная $x$ может принимать значения из некоторого допустимого множества $X$, выбор значений $x$ находится в распоряжении экспериментатора. Целью эксперимента обычно является либо оценка параметра $θ$, либо проверка некоторых гипотез об этом параметре. Под планом эксперимента понимается совокупность значений, задаваемых переменной $x$ в процессе эксперимента. Исходя из целей эксперимента формулируется критерий оптимальности его плана. В случае когда функция $f(θ,x)$ линейно зависит от $θ$, оптимальный план часто можно построить до проведения эксперимента, в других случаях уточнение плана происходит по ходу эксперимента.

Начало планированию эксперимента положили работы Р. Фишера (1935), который обнаружил, что рациональное планирование эксперимента даёт не менее существенный выигрыш в точности оценок, чем оптимальная обработка результатов измерений. Можно выделить несколько направлений планирования эксперимента. Одно из них, факторное, связано с агробиологическими применениями дисперсионного анализа. Здесь функция $f(θ,x)$ зависит от вектора $x$ переменных (факторов) с конечным числом возможных значений и характеризует сравнительный эффект влияния значений каждого фактора и комбинаций разных факторов. Алгебраическими и комбинаторными методами были построены интуитивно привлекательные планы, изучающие влияние большого числа факторов. Эти планы оптимизируют некоторые естественные характеристики оценок. Под влиянием приложений в химии и технике развивалось планирование эксперимента по поиску оптимальных условий протекания того или иного процесса. Специфическими методами обладает планирование отсеивающих экспериментов, в которых нужно выделить те компоненты вектора $x$, которые сильнее всего влияют на функцию $f(θ,x)$, что важно на начальной стадии исследования, когда вектор $x$ имеет большую размерность.

Методы планирования эксперимента тесно связаны с теорией приближения функций и математическим программированием. Для широкого класса моделей построены оптимальные планы и исследованы их свойства. Разработаны также итерационные алгоритмы планирования эксперимента, дающие во многих случаях удовлетворительное численное решение задач планирования эксперимента.