统计学方法在心理学上的应用开始于高尔顿关于个别差异的研究。后来瑟斯顿等人又发展了因素分析法。但统计法一直是与心理测验在一起的。心理测验基本上属于自然实验的范畴，与这里所讨论的狭义的实验方法不尽相同。把统计法应用于心理实验的设计是与费希尔的工作分不开的。费希尔发展了方差分析和使用小样本的方法，提出了虚无假设的概念和推论统计等。 他的方法首先应用于生物学和农业的实验设计，后来才推广到心理实验设计上来。从此就把心理实验中控制其他因素只改变一个自变量的古典设计方法向前推进了一步，开始应用同时改变几个自变量的多因素设计法，并可获得各因素之间的相互作用的信息。
随着电子学和工程技术的发展，心理学的实验装置和测量仪器日益精密，从而使心理学的实验研究在客观性和准确性方面都得到了提高，并逐渐摆脱了不同心理学流派对实验方法的影响和束缚。通过与工程学的合作，将实验心理学应用于人机系统，使设计的机器能较符合人体的结构和功能，从而降低劳动强度、提高工作效率。 由于将数学进一步应用于心理学，通过实验对人类行为作出量的假设以后，就可以制作数学模型，如根据概率论预测学习的数学模型，以及根据对落后儿童的实验研究所发展的注意的数学理论等等。 控制论的发展和计算机的广泛使用，不仅使心理实验的数据能在很短的时间内得到处理，而且对自动控制呈现刺激和记录反应提供了方便，为模拟复杂的心理过程开辟了新的途径，进而发展了行为的信息加工理论和认知心理学，并赋予学习记忆等以新的解释。 心理学发展到今天，所争论的问题已不再是实验方法对心理学的研究是否适用，而是如何使心理学的实验方法更加完善，如何用实验室中发现的心理学规律来解决实际问题。
