在严格控制实验条件的情况下，借助专门的实验仪器所进行的实验。
例如，为了比较人的视觉和听觉简单反应时间的差异，在实验中布置好电秒表，光、声刺激器，电键等仪器，让被试将一只手放在电键上，要求他一看到或听到信号刺激，就立即按下电键。经过多次实验，就能发现人在视觉和听觉两种条件下简单反应时是否存在差异。实验室实验是科学发现的重要手段之一。其优点是对无关变量进行了严格控制，对自变量和因变量做了精确测定，所得结果较为可靠，而且实验前的理论思考较为深刻。
其缺点是实验情境控制很严格，和实际生活差距较大，所得结果不能直接应用于实践之中。