1、科學性原則：所謂科學性，是指實驗目的要明確，實驗原理要正確，實驗材料和實驗手段的選擇要恰當，整個設計思路和實驗方法的確定都不能偏離生物學基本知識和基本原理以及其他學科領域的基本原則。分析問題、設計實驗的全面性和科學性體現了邏輯思維的嚴密性。科學性原則：包括實驗原理的科學性、實驗材料選擇的科學性、實驗方法的科學性、實驗結果處理的科學性。
① 實驗原理的科學性實驗原理是實驗設計的依據，也是用來檢驗和修正實驗過程中失誤的依據，因此它必須是經前人總結或經科學檢驗得出的科學理論。
②實驗材料選擇的科學性根據實驗目的和實驗原理選擇恰當的實驗材料，是保證實驗達到預期結果的關鍵因素之一。如孟德爾選擇豌豆爲實驗材料，“還原性糖鑑定實驗”中以蘋果或雪梨細胞組織液爲材料，以及“植物細胞質壁分離與復原”實驗中以紫色洋蔥爲實驗材料等實驗都是一些經典的成功選材的範例。
③實驗方法的科學性只有科學而嚴謹的實驗方法，才能得出正確而可靠的實驗結果。如在光合作用強度的檢測實驗中用綠光燈照射可看成是黑暗條件，在鑑定光合作用產物實驗中，要對植物進行飢餓處理。
④實驗結果處理的科學性對於實驗過程中得到的一些數據，現象或其它資訊，不能簡單處理，應首先整理後仔細分析，找出它們所能夠透露給我們的最大資訊量。
2、平行復重原則：即控制某種因素的變化幅度，在同樣條件下重複實驗，觀察其對實驗結果影響的程度。任何實驗都必須能夠重複，這是具有科學性的標誌。任何實驗必須有足夠實驗次數，才能避免結果的偶然性，使得出的結論準確、科學。平衡重複原則要求控制某種因素的變化強度，在同樣條件下重複實驗，觀察其對實驗結果的影響程度。由以上實驗設計的特點來看，採用了平行重複的原則來進行，消除了無關變量與額外變量的干擾，可多次重複該實驗，使得實驗結果更加客觀、科學。
3、對照性原則：科學、合理的設定對照可以使實驗方案簡潔、明瞭，且使實驗結論更有說服力。實驗中的無關變量很多（同一種實驗結果可能會被多種不同的實驗因素所引起），必須嚴格控制，要平衡和消除無關變量對實驗結果的影響，對照實驗的設計是消除無關變量影響的有效方法。
（1）如何設定對照實驗：所謂對照實驗是指除所控因素外其它條件與被對照實驗完全相等的實驗。對照實驗設定的正確與否，關鍵就在於如何儘量去保證“其它條件的完全相等”。具體來說有如下四個方面：
①所有用生物材料要相同：所用生物材料的數量、質量、長度、體積、來源和生理狀況等方面特點要儘量相同或至少大致相同。
②所用實驗器具要相同：試管、燒杯、水槽、廣口瓶等器具的大小型號要完全一樣。
③所用實驗試劑要相同：試劑的成分、濃度、體積要相同。尤其要注意體積上等量的問題。
④所用處理方法要相同如：保溫或冷卻：光照或黑暗攪拌或振盪都要一致。有時儘管某種處理對對照實驗來說，看起來似乎是毫無意義的，但最好還是要作同樣的處理。
