Aquí consideramos los diseños completamente aleatorios que tienen un factor primario. El experimento compara los valores de una variable de respuesta basándose en los diferentes niveles de ese factor primario.
Para los diseños completamente aleatorios, los niveles del factor primario se asignan aleatoriamente a las unidades experimentales. Por aleatorización, nos referimos a que la secuencia de ejecución de las unidades experimentales se determina aleatoriamente. Por ejemplo, si hay 3 niveles del factor primario y cada nivel se ejecuta 2 veces, hay 6 secuencias factoriales posibles (o 6 formas de ordenar los ensayos experimentales). Debido a la replicación, el número de ordenamientos únicos es de 90 (ya que 90 = ¡6! /(¡2!*2!*2!)). Un ejemplo de diseño no aleatorio sería realizar siempre 2 réplicas para el primer nivel, luego 2 para el segundo nivel y finalmente 2 para el tercer nivel. Para aleatorizar las ejecuciones, una forma sería poner 6 trozos de papel en una caja con 2 con el nivel 1, 2 con el nivel 2 y 2 con el nivel 3. Antes de cada serie, se extrae a ciegas uno de los trozos de la caja y el nivel seleccionado se utiliza para la siguiente serie del experimento.