ในสาขาต่างๆ เช่นระบาดวิทยาสังคมศาสตร์จิตวิทยาและ สถิติการศึกษาเชิงสังเกตจะสรุปผลโดยไม่ต้องควบคุมตัวแปรอิสระเนื่องจากข้อจำกัดทางจริยธรรมหรือในทางปฏิบัติ ตัวอย่างทั่วไปอย่างหนึ่งคือการศึกษาผลของการรักษา ซึ่งนักวิจัยไม่ได้กำหนดให้ผู้เข้าร่วมอยู่ในกลุ่มทดลองหรือกลุ่มควบคุม[ ^{1 ] [ 2 ] ซึ่ง}แตกต่างจากการทดลองเช่นการทดลองแบบสุ่มที่มีกลุ่มควบคุมซึ่งผู้เข้าร่วมแต่ละคนจะถูกสุ่มกำหนดให้อยู่ในกลุ่มทดลองหรือกลุ่มควบคุม การศึกษาเชิงสังเกตเนื่องจากขาดกลไกการกำหนดกลุ่ม จึงทำให้เกิดความยากลำบากในการวิเคราะห์เชิงอนุมาน

ตัวแปรอิสระอาจอยู่นอกเหนือการควบคุมของผู้วิจัยด้วยเหตุผลหลายประการ:

• การทดลองแบบสุ่มจะขัดต่อ มาตรฐาน ทางจริยธรรมสมมติว่าเราต้องการตรวจสอบสมมติฐานเรื่องการทำแท้งกับมะเร็งเต้านมซึ่งตั้งสมมติฐานว่ามีความสัมพันธ์เชิงสาเหตุระหว่างการทำแท้งกับการเกิดมะเร็งเต้านม ในการทดลองแบบควบคุมสมมติฐานนั้น เราจะเริ่มต้นด้วยกลุ่มตัวอย่างขนาดใหญ่ของหญิงตั้งครรภ์ และแบ่งพวกเธอแบบสุ่มออกเป็นกลุ่มทดลอง (ได้รับการทำแท้ง) และกลุ่มควบคุม (ไม่ได้รับการทำแท้ง) จากนั้นจึงทำการตรวจคัดกรองมะเร็งเป็นประจำสำหรับผู้หญิงจากทั้งสองกลุ่ม การทดลองเช่นนี้จะขัดต่อหลักจริยธรรม (นอกจากนี้ยังอาจประสบปัญหาจากปัจจัยรบกวนและแหล่งที่มาของอคติต่างๆ เช่น เป็นไปไม่ได้ที่จะทำการทดลองแบบปิดบัง ) งานวิจัยที่ตีพิมพ์เกี่ยวกับการตรวจสอบสมมติฐานเรื่องการทำแท้งกับมะเร็งเต้านมโดยทั่วไปเริ่มต้นด้วยกลุ่มผู้หญิงที่ได้รับการทำแท้งไปแล้ว นักวิจัยไม่สามารถควบคุมได้ว่าใครจะอยู่ในกลุ่มทดลอง กลุ่มจะถูกสร้างขึ้นหลังจากที่ได้กำหนด "การรักษา" แล้ว
• นักวิจัยอาจขาดการควบคุมสถานการณ์ สมมติว่านักวิทยาศาสตร์ต้องการศึกษาผลกระทบต่อสุขภาพของประชาชนจากการห้ามสูบบุหรี่ในพื้นที่สาธารณะภายในอาคารทั่วทั้งชุมชน ในการทดลองแบบควบคุม นักวิจัยจะสุ่มเลือกชุมชนกลุ่มหนึ่งให้อยู่ในกลุ่มทดลอง อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้ว การออกกฎหมายห้ามสูบบุหรี่ นั้นขึ้นอยู่กับแต่ละชุมชนและ/หรือสภานิติบัญญัติของชุมชนนั้นๆ นักวิจัยจึงอาจขาดอำนาจทางการเมืองที่จะทำให้ชุมชนเหล่านั้นในกลุ่มทดลองที่สุ่มเลือกมานั้นออกกฎหมายห้ามสูบบุหรี่ได้ ในการศึกษาเชิงสังเกต นักวิจัยมักจะเริ่มต้นด้วยกลุ่มทดลองที่ประกอบด้วยชุมชนที่มีการบังคับใช้กฎหมายห้ามสูบบุหรี่อยู่แล้ว
• การทดลองแบบสุ่มอาจทำได้ยากในทางปฏิบัติ สมมติว่านักวิจัยต้องการศึกษาความเชื่อมโยงที่สงสัยระหว่างยาบางชนิดกับกลุ่มอาการที่พบได้น้อยมากซึ่งเป็นผลข้างเคียง โดยไม่คำนึงถึงข้อควรพิจารณาทางจริยธรรม การทดลองแบบสุ่มอาจทำได้ยากเนื่องจากผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นได้ยาก อาจไม่มีกลุ่มตัวอย่างขนาดใหญ่พอที่จะสังเกตอาการในผู้ป่วยที่ได้รับการรักษาอย่างน้อยหนึ่งราย โดยทั่วไปแล้ว การศึกษาเชิงสังเกตจะเริ่มต้นด้วยกลุ่มผู้ป่วยที่มีอาการ และย้อนกลับไปหาผู้ที่ได้รับยาและต่อมามีอาการ ดังนั้น กลุ่มที่ได้รับการรักษาจึงถูกระบุจากอาการ แทนที่จะเป็นการสุ่ม
• การทดลองแบบสุ่มที่มีการควบคุมจำนวนมากไม่ได้เป็นตัวแทนของผู้ป่วยในโลกแห่งความเป็นจริงอย่างกว้างขวาง และสิ่งนี้อาจไม่สะท้อนถึงสภาพการณ์ในโลกแห่งความเป็นจริง ผู้ป่วยที่มีคุณสมบัติเหมาะสมที่จะเข้าร่วมในการทดลองแบบสุ่มที่มีการควบคุมมักจะอายุน้อยกว่า มีแนวโน้มที่จะเป็นผู้ชายมากกว่า มีสุขภาพดีกว่า และมีแนวโน้มที่จะได้รับการรักษาตามคำแนะนำจากแนวทางปฏิบัติ^{[ 3 ]}หากและเมื่อมีการเพิ่มการแทรกแซงเข้าไปในการดูแลตามปกติในภายหลัง ผู้ป่วยจำนวนมากที่จะได้รับการแทรกแซงนั้นอาจเป็นผู้สูงอายุที่มีโรคประจำตัวและการใช้ยาหลายชนิด

• การศึกษาแบบเปรียบเทียบกลุ่มควบคุม : การศึกษาที่พัฒนาขึ้นครั้งแรกในสาขาระบาดวิทยา ซึ่งเปรียบเทียบสองกลุ่มที่มีผลลัพธ์แตกต่างกันโดยอาศัยคุณลักษณะเชิงสาเหตุที่คาดการณ์ไว้
• การศึกษาแบบภาคตัดขวาง : เกี่ยวข้องกับการเก็บรวบรวมข้อมูลจากประชากร หรือกลุ่มตัวอย่างที่เป็นตัวแทน โดยเก็บข้อมูล ณ จุดเวลาเดียว
• การศึกษาแบบระยะยาว : การวิจัยเชิงสหสัมพันธ์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเกตตัวแปรเดียวกันซ้ำๆ ในช่วงระยะเวลาที่ยาวนานการศึกษาแบบกลุ่มตัวอย่างและการศึกษาแบบพาเนลเป็นรูปแบบเฉพาะของการศึกษาแบบระยะยาว
• การจำลองการทดลองเป้าหมาย: การศึกษาเชิงสังเกตที่พยายามจำลอง การ ทดลองแบบสุ่มที่มีการควบคุม^{[ 4 ] [ 5 ]}

"แม้ว่าการศึกษาเชิงสังเกตจะไม่สามารถพิสูจน์ความสัมพันธ์เชิงสาเหตุและผลเกี่ยวกับความปลอดภัยหรือประสิทธิผล" ของการปฏิบัติได้ แต่ก็สามารถ: ^{[ 6 ]}

1. ให้ข้อมูลเกี่ยวกับการใช้งานและการปฏิบัติใน 'โลกแห่งความเป็นจริง'
2. ตรวจจับสัญญาณเกี่ยวกับประโยชน์และความเสี่ยงของการใช้ [แนวปฏิบัติ] ในกลุ่มประชากรทั่วไป
3. ช่วยในการกำหนดสมมติฐานที่จะนำไปทดสอบในการทดลองต่อไป
4. ให้ข้อมูลระดับชุมชนส่วนหนึ่งที่จำเป็นต่อการออกแบบการทดลองทางคลินิกเชิงปฏิบัติที่ให้ข้อมูลมากขึ้น และ
5. แจ้งแนวทางการปฏิบัติทางคลินิก" ^{[ 6 ]}

ในทุกกรณีดังกล่าว หากไม่สามารถทำการทดลองแบบสุ่มได้ แนวทางการวิจัยทางเลือกอื่นก็ประสบปัญหาตรงที่การตัดสินใจว่าผู้เข้าร่วมการวิจัยคนใดจะได้รับการรักษาไม่ได้เป็นการสุ่มอย่างสมบูรณ์ และจึงเป็นแหล่งที่มาของอคติได้ ความท้าทายสำคัญในการทำการศึกษาเชิงสังเกตคือการสรุปผลที่ยอมรับได้ว่าปราศจากอิทธิพลจากอคติที่ปรากฏชัด ตลอดจนการประเมินอิทธิพลของอคติที่ซ่อนอยู่ ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างปัญหาที่พบได้บ่อยในการศึกษาเชิงสังเกต (แต่ไม่ได้ครอบคลุมทั้งหมด)

แทนที่จะใช้การควบคุมเชิงทดลอง เทคนิค ทางสถิติแบบหลายตัวแปรช่วยให้สามารถประมาณการควบคุมเชิงทดลองด้วยการควบคุมทางสถิติโดยใช้วิธีการจับคู่ วิธีการจับคู่จะคำนึงถึงอิทธิพลของปัจจัยที่สังเกตได้ซึ่งอาจส่งผลต่อความสัมพันธ์แบบเหตุและผล ในด้านการดูแลสุขภาพและสังคมศาสตร์นักวิจัยอาจใช้การจับคู่ เพื่อเปรียบเทียบหน่วยที่ได้รับการรักษาและการควบคุมโดยไม่ได้ ^สุ่มวิธีการทั่วไปอย่างหนึ่งคือการใช้การจับคู่คะแนนความโน้มเอียงเพื่อลดการรบกวน [ ^{7 ]}แม้ว่าเมื่อเร็ว ๆ นี้จะได้รับการวิพากษ์วิจารณ์ว่าทำให้ปัญหาที่พยายามแก้ไขนั้นรุนแรงขึ้น^{[ 8 ]}

อคติจากการเปรียบเทียบหลายรายการสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อมีการทดสอบสมมติฐานหลายรายการพร้อมกัน เมื่อจำนวนปัจจัยที่บันทึกไว้เพิ่มขึ้น ความน่าจะเป็นที่อย่างน้อยหนึ่งในปัจจัยที่บันทึกไว้จะมีความสัมพันธ์สูงกับผลลัพธ์ข้อมูลโดยบังเอิญก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน^{[ 9 ]}

ผู้สังเกตการณ์การทดลอง (หรือกระบวนการ) ที่ไม่ได้ควบคุมจะบันทึกปัจจัยที่เป็นไปได้และข้อมูลผลลัพธ์: เป้าหมายคือการพิจารณาผลกระทบของปัจจัยเหล่านั้น บางครั้งปัจจัยที่บันทึกไว้อาจไม่ได้เป็นสาเหตุโดยตรงของความแตกต่างในผลลัพธ์ อาจมีปัจจัยที่สำคัญกว่าซึ่งไม่ได้บันทึกไว้ แต่เป็นสาเหตุที่แท้จริง นอกจากนี้ ปัจจัยที่บันทึกไว้หรือไม่ได้บันทึกไว้อาจมีความสัมพันธ์กัน ซึ่งอาจทำให้ได้ข้อสรุปที่ไม่ถูกต้อง^{[ 10 ]}

ความยากลำบากอีกประการหนึ่งของการศึกษาเชิงสังเกตคือ นักวิจัยอาจมีอคติในทักษะการสังเกตของตนเอง ซึ่งจะทำให้นักวิจัย (ไม่ว่าจะโดยรู้ตัวหรือไม่รู้ตัว) ค้นหาข้อมูลที่พวกเขากำลังมองหาในขณะที่ทำการวิจัย ตัวอย่างเช่น นักวิจัยอาจกล่าวเกินจริงถึงผลกระทบของตัวแปรหนึ่ง หรือลดทอนผลกระทบของตัวแปรอื่น นักวิจัยอาจเลือกกลุ่มตัวอย่างที่สอดคล้องกับข้อสรุปของตนเอง อคติในการเลือกนี้สามารถเกิดขึ้นได้ในทุกขั้นตอนของกระบวนการวิจัย ซึ่งทำให้เกิดอคติในข้อมูล โดยที่ตัวแปรบางตัวถูกวัดอย่างไม่ถูกต้องอย่างเป็นระบบ^{[ 11 ]}

การทบทวน ของ Cochraneในปี 2014 (ปรับปรุงในปี 2024) สรุปว่าการศึกษาเชิงสังเกตให้ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกับการศึกษาที่ดำเนินการในรูปแบบการทดลองแบบสุ่มที่มีการควบคุม^{[ 12 ]}การทบทวนดังกล่าวรายงานว่ามีหลักฐานเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับความแตกต่างของผลกระทบที่สำคัญระหว่างการศึกษาเชิงสังเกตและการทดลองแบบสุ่มที่มีการควบคุม โดยไม่คำนึงถึงการออกแบบ^{[ 12 ]} ความแตกต่างจำเป็นต้องได้รับการประเมินโดยพิจารณาจากประชากร ตัวเปรียบเทียบ ความแตกต่าง และผลลัพธ์^{[ 12 ]}

• ความผิดพลาดในการตีความจากการสังเกต
• ความสัมพันธ์ไม่ได้หมายความถึงสาเหตุและผล
• การสังเกต
• ความแตกต่างระหว่างความแตกต่าง
• การทดลองแบบสุ่มควบคุม (RCT)
• การทดลองแบบปิดบังข้อมูล
• วิธีการทางวิทยาศาสตร์

• Rosenbaum PR (2002). การศึกษาเชิงสังเกต (ฉบับที่ 2). นิวยอร์ก: Springer-Verlag. ISBN 0387989676.
• "คู่มือสถิติทางวิศวกรรมของ NIST/SEMATECH"ที่NIST