随机单位组设计（randomized block design）又称随机区组设计或配伍组设计，它实际上是配对设计的扩展，通常先将实验单位按某对研究结果有影响的重要非实验因素（如动物的种属、性别、体重，患者的病情、性别、年龄等非处理因素）相同或相近的原则组成区组（或称单位组、配伍组），再采用完全随机的方法将各区组内的实验单位分配到全部实验组。
在该研究设计中，每个区组内的实验单位数目取决于处理水平数。
例如，某实验安排了 g 种不同水平的处理，那么每个区组就有 g • m 个实验单位，随机地将每个区组中的每 m 个实验单位分配到一个实验组中，此时，称为具有 m 次重复实验的随机区组设计；在大多数情况下， m = 1，此时，称为无重复实验的随机区组设计。该设计不仅平衡了区组因素的影响，而且能把处理水平间的差别、不同区组间的差别分开来进行分析。若将区组作为另一处理因素的不同水平，随机区组设计等同于无重复观察的两因素多水平的设计。
在实验研究中，当研究中考虑的实验因素只有一个（例如：某疾病不同的治疗方案），处理的水平数≥3，拟考察的区组因素（例如：患者的症状轻重，或综合考虑患者的症状、病程、年龄等重要的非实验因素组成的复合指标）也只有一个，并且，每个区组内实验单位的数目大于等于处理水平数，不考虑实验因素与区组因素间的交互作用时，可以考虑采用随机区组设计。
