Jeśli jednak interesuje nas zjawisko rzadkie w populacji, np. nietypowa odmiana badanej choroby, może okazać się, że prosta próba losowa albo nie będzie obejmowała wystarczającej liczby tych nietypowych przypadków, albo jej liczność będzie musiała być bardzo duża i badania będą zbyt kosztowne. Lepiej wówczas użyć próby warstwowej.
Próba kwotowa W próbie kwotowej operat jest najpierw dzielony na rozłączne podgrupy. Następnie eksperymentator lub ankieter wybiera z każdej podgrupy przypadki w odpowiedniej proporcji. Na przykład ankieter ma za zadanie przepytać 200 kobiet i 300 mężczyzn w wieku od 45 do 60 lat.
Ten drugi krok sprawia, że próby uzyskane tą techniką mogą być niereprezentatywne. Na przykład jest prawdopodobne, że ankieter (nawet nieświadomie) będzie wybierał osoby w dobrym humorze, gdyż z doświadczenia wie, że chętniej odpowiadają one na pytania.
Próba warstwowa
Próba warstwowa (lub: próba warstwowana) tak jak w przypadku kwotowej wymaga podzielenia operatu na podgrupy (klasy, warstwy), jednak z każdej grupy obiekty do próby wybierane są losowo.