由于研究对象性质的不同和情境的不同，实验研究具有不同的特点，因而表现出不同的类型。依据不同的标准，实验研究可以分为以下几种类型。
（一）根据实验环境和控制程度的不同，可分为实验室实验和自然实验
实验室实验是指研究者根据研究的需要，在人工高度控制的环境下，按照科学实验的标准严格控制外界条件，操作自变量，探索自变量与因变量之间的关系。这类实验一般多研究人的心理活动的变化及其规律，且以生理心理学、心理物理学等研究为更多。这类实验的优点是能把实验中的各种变量严格分离出来，并给予确切的操作与控制，提高研究结论的准确性和可靠性。
自然实验也叫现场实验，是在现实的教育环境和教育条件下，操作自变量，控制无关变量，探索自变量与因变量之间的因果关系。教育实验研究，常常采用的是自然实验法。自然实验与实验室实验相比，其特点如下：一方面，立足于现实的教育，是在真实的教育环境中进行的研究，所得结论的情境与现实的教育较为接近，研究成果容易推广；另一方面，由于在真实的教育环境中控制变量相对不严格，易受各种无关变量的干扰而影响研究结果的有效性和精确性。所以，在进行教育自然实验研究时，既要保证现场的自然性、真实性，又要尽可能地控制各种变量，同时，在下结论时要注意研究结果的客观性和科学性。
总的来说，自然实验比实验室实验更能够提高研究的外在效度。
（二）根据同一实验中自变量因素的多少，可分为单因素实验和多因素实验
单因素实验是指同一实验中研究者只操纵一个自变量的实验，也叫单一变量实验。比如，在理科教学中，同一教师的课时、教科书、教学进度等多种因素在对照班和实验班均保持相同，仅在每节课的小结活动中将学生对知识合理性的评价活动这一因素作为自变量，看是否会影响学生对科学本质的理解，即为单因素实验。单因素实验的自变量单一、明确，操纵相对比较容易，实验难度相对较小。
多因素实验是指在同一实验中需要操纵两个或两个以上的自变量的实验，也叫组合变量实验。比如，在理科教学中，将教师教学过程中的知识产生方式教学和学生进行知识合理性评价活动作为实验自变量，看是否影响学生对科学本质的理解，即为双因素实验。如果再增加具有认识论水平的主体性教学、评价性作业等，即为多因素实验。实验变量越多，实验越接近日常教学情况，但对实验控制的要求越高，会使实验情境及结果整理变得十分复杂，难以确定实验结果与何种实验变量存在着因果关系，因此，多因素实验的设计方案极为精细，在研究整体上难度较大。
（三）根据实验的任务不同，可分为确认性实验、探索性实验与验证性实验
确认性实验的目标主要在于借助实验搜集事实材料，确认所研究的对象是否具有研究假说内容的基本特征，并推动教育实践的发展，也叫试探性实验。研究问题来自实际，所以具有直接的实践意义。实验强调的是研究的应用价值，在事实基础上概括经验性规律，追求最大限度的有效性。这类实验在现场情境下进行，在研究方法上带有很大的试探性，操作程序不太规范。因此，内在、外在效度均不高。
探索性实验包括有预测作用的超前实验。它是以认识某种教育现象或受教育者个性发展规律为目标，通过揭示与研究对象有关的因果关系及问题的解决，来尝试创建某种理论体系，所以具有较强的创新性。探索性实验主要研究教育理论体系中的根本性问题，有重要的理论意义和实践指导意义。此类实验以专门研究人员为主进行。
验证性实验是以验证已取得的实验成果为目标，对已经取得的认识成果用再实践的经验来检验、修正和完善。这类实验具有明显的重复性，是在不同环境条件下反复进行的，不仅对实验条件有明确分析，而且实验方案具有可操作性，关注实验结果应用的普遍性，追求实验较高的外在效度。
（四）根据实验控制的程度、实验内外效度的不同，可以分为前实验、准实验与真实验
前实验是指一种在完全自然条件下的研究。该类型的研究无法随机分配被试，不能有效地控制无关变量，误差高，效度低，往往不能说明因果关系，所得的结论具有或然性，可靠性低，是一种不规范的实验，通常被称为非实验设计，但它毕竟具有实验研究的一些基本要素：实验因素和策略。例如，一位物理教师研究概念图方法对提高其所带班级物理教学质量的作用，对该班级的学习成绩进行了前测，然后引入和使用了概念图方法，再做后测，用后测和前测的比较来说明概念图方法对物理教学质量的影响，从而说明实验变量与因变量的关系。
准实验是指实验组与控制组不等组，又称半实验。准实验往往难以随机分组，大多运用原始群体进行实验处理，有前测和后测，有实验组和控制组。在教育研究中，一般是按现存班级进行实验，自变量有时无法有效地加以操作，能对一部分非实验变量进行控制和排除，但无法完全进行实验控制，因而实验结果不能得到有效的保证。
真实验，又称标准实验。真实验必须是等组的，即除了实验因素外，在实验组与对照组中，所有能影响实验的其他因素必须相同或相等。这类实验常常通过随机分配被试到实验组或控制组进行控制，也可以对实验误差来源加以控制，能够系统操纵自变量，严格控制无关因素，能够准确地揭示自变量与因变量的因果关系，具有很好的内外部效度。实验室实验一般属于真实验，但由于控制因素过于严格，而教育科学本身又是受到多因素影响的，所以此法在教育研究的实际应用上有一定的限制。