（1）按实验性质和结果分，可以分为定性实验、定量实验和结构分析实验
定性实验是指测定被实验对象具有什么性质及其组成成分的实验。其目的在于判定某种因素是否存在，各因素之间是否具有某种联系，某种因素是否起作用。定性实验是定量实验的前提和基础。
定量实验是指测定实验对象某方面的数值（如强度、长度、速度、温度、PH值等），以获得某些因素间的数量关系。通过精确的数量指标，测定出对象诸因素的多寡、大小，诸因素之间的数量比例关系和反映此种关系的公式、定律等。科学实验只有通过精确严密的定量研究和定量表达，才能为科学理论提供可靠的依据。例如在化学实验中，测定化学元素的原子量，确定化合物的定量组成和化学反应过程中各元素的消耗量。在物理实验中测定物理常数与物理特性，如熔点、沸点、冰点、导电率、导磁率等，生物、医学实验中测定生物代谢率、各种生物指标以及各类药物的剂量等。
结构分析实验是指测量研究对象的空间结构状况和对这种结构状况进行分析的实验。例如在化学研究中发现有机化合物存在着同分异构现象，而要正确认识这些化合物的性质，就不仅要测出它们的化学成分，还要测出它们的原子或原子团的空间配置。DNA双螺旋结构的发现和苯结构的实验就属于结构分析实验。
（2）按实验的作用分，可以分为析因实验、对照实验、中间实验和模拟实验
析因实验是指从已知结果寻找未知原因的实验。主要是采用层层分析，步步深入的方法，从外部现象或发展结果去分析和寻找其内部原因，如探讨事物的动因、成因、病因的实验等。由于科学研究是探索自然界各种事物或现象间的因果关系，所以析因实验广泛地被各门学科所采用。
对照实验亦称比较实验，是运用比较的方法，安排两个或两个以上的实验对照组，通过一定的实验步骤，确定某种因素与研究对象的关系。对照实验在科学研究中是最常用、最常见的一种实验，尤其在生物学研究中，经常要用“实验组”和“对照组”的方法，通过增加或抽出某一因素而产生一定结果，然后在对比中鉴定该因素对事物的影响。
中间实验是指科学研究已取得初步成效，准备推广应用前所进行的模拟生产条件的实验。中间实验是由纯粹实验向生产实践推广应用的一种过渡性实验。在工程建设中为了检验设计方案或准备批量生产而预先进行的实验便属此种实验。借助这种实验，能对该项目的经济指标或技术指标作出鉴定与判断，从而确定科研成果用于生产实践的可行性和价值。
模拟实验如物理模拟实验，即从物理过程上建立与原型相似的模型，以演示并把握对象的物理特征。数学模拟则是根据原型各因素间的数学关系而建立起一组表达这一关系的方程式，并通过解释运算结果的物理意义来表达对象的性质与特征。此种方法在科学研究中具有较大的价值，今天已被广泛应用于工程技术、航天技术及物理学研究之中。
尽管各类科学实验方法的作用和对象有所不同，但它们的设计程序或过程却是大致相同的，一般都包括准备、实施、结果处理几个阶段，其中准备阶段的实验设计是整个实验最重要的环节，它不但影响实验能否获得结果，而且关系到实验的人力、物力和时间的匹配。另外，在进行实验规划和设计时，还要考虑实验的可重复性。为了实现实验的可重复性，必须确定实验参数合理的误差范围，使实验结果具有可比性。
