Il tient compte de la connaissance à priori de la structure de la population. Lorsqu’il existe k sous-ensembles de la population caractérisés par des proportions (éventuellement de surfaces) Ni/N distinctes, toutes les unités d’échantillonnage n’ont pas la même probabilité d’être extraites. L’échantillon doit alors contenir des fractions ni/n proportionnelles aux différents sous-ensembles (éventuellement leur aire), les tirages dans chaque strate étant aléatoires. La précision est toujours améliorée lors d’une stratification bien conduite et l’échantillonnage est toujours au moins aussi efficace qu’un échantillonnage aléatoire simple, l’augmentation du nombre de strates en accroît l’efficacité
Dans un échantillonnage aléatoire stratifié, la moyenne µ est estimée sans biais par la moyenne pondérée des moyennes d’échantillons des k strates :
La fréquence pondérée estime également sans biais la proportion p dans la population.
L’extraction des données dans les strates étant exhaustive (sans remise), la variance de la strate « i » est estimée par
La variance totale de la population est estimée par
Et la variance de la moyenne par
La variance d’une fréquence est également estimée par
Lorsque la taille N de la population est considérée infinie, n/N tend vers zéro et le coefficient d’exhaustivité 
peut être négligé. Dans le cas d’un tirage avec remise, il n’existe pas. Dans les deux cas, les calculs sont simplifiés.
Références
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FIERS V. et Al. (2004). Guide pratique - Principales méthodes d'inventaire et de suivi de la biodiversité. Réserves Naturelles de France, Quétigny.
SOUTHWOOD T.R.E., HENDERSON P.A. (2000 - Third edition). Ecological methods. Blackwell Science, Oxford.
GREENWOOD J.J.D., ROBINSON R.A. (2006 - Second edition). Principles of sampling. in Ecological Census Techniques. SUTHERLAND W.J., Cambridge University Press, Cambridge
TOMASSONE R., DERVIN C., MASSON JP. (1993). Biométrie - Modélisation de phénomènes biologiques. Masson, Paris.
VILAIN M. (1999). Méthodes expérimentales en agronomie. Technique & Documentation, Paris.
