統計學方法在心理學上的應用開始于高爾頓關于個別差異的研究。后來瑟斯頓等人又發展了因素分析法。但統計法一直是與心理測驗在一起的。心理測驗基本上屬于自然實驗的范疇，與這里所討論的狹義的實驗方法不盡相同。把統計法應用于心理實驗的設計是與費希爾的工作分不開的。費希爾發展了方差分析和使用小樣本的方法，提出了虛無假設的概念和推論統計等。 他的方法首先應用于生物學和農業的實驗設計，后來才推廣到心理實驗設計上來。從此就把心理實驗中控制其他因素只改變一個自變量的古典設計方法向前推進了一步，開始應用同時改變幾個自變量的多因素設計法，并可獲得各因素之間的相互作用的信息。
隨著電子學和工程技術的發展，心理學的實驗裝置和測量儀器日益精密，從而使心理學的實驗研究在客觀性和準確性方面都得到了提高，并逐漸擺脫了不同心理學流派對實驗方法的影響和束縛。通過與工程學的合作，將實驗心理學應用于人機系統，使設計的機器能較符合人體的結構和功能，從而降低勞動強度、提高工作效率。 由于將數學進一步應用于心理學，通過實驗對人類行為作出量的假設以后，就可以制作數學模型，如根據概率論預測學習的數學模型，以及根據對落后兒童的實驗研究所發展的注意的數學理論等等。 控制論的發展和計算機的廣泛使用，不僅使心理實驗的數據能在很短的時間內得到處理，而且對自動控制呈現刺激和記錄反應提供了方便，為模擬復雜的心理過程開辟了新的途徑，進而發展了行為的信息加工理論和認知心理學，并賦予學習記憶等以新的解釋。 心理學發展到今天，所爭論的問題已不再是實驗方法對心理學的研究是否適用，而是如何使心理學的實驗方法更加完善，如何用實驗室中發現的心理學規律來解決實際問題。
