1、科学性原则：所谓科学性,是指实验目的要明确,实验原理要正确,实验材料和实验手段的选择要恰当,整个设计思路和实验方法的确定都不能偏离生物学基本知识和基本原理以及其他学科领域的基本原则.分析问题、设计实验的全面性和科学性体现了逻辑思维的严密性.
科学性原则：包括实验原理的科学性、实验材料选择的科学性、实验方法的科学性、实验结果处理的科学性.
① 实验原理的科学性
实验原理是实验设计的依据,也是用来检验和修正实验过程中失误的依据,因此它必须是经前人总结或经科学检验得出的科学理论.
②实验材料选择的科学性
根据实验目的和实验原理选择恰当的实验材料,是保证实验达到预期结果的关键因素之一.如孟德尔选择豌豆为实验材料,“还原性糖鉴定实验”中以苹果或雪梨细胞组织液为材料,以及“植物细胞质壁分离与复原”实验中以紫色洋葱为实验材料等实验都是一些经典的成功选材的范例.
③实验方法的科学性
只有科学而严谨的实验方法,才能得出正确而可靠的实验结果.如在光合作用强度的检测实验中用绿光灯照射可看成是黑暗条件,在鉴定光合作用产物实验中,要对植物进行饥饿处理.
④实验结果处理的科学性
对于实验过程中得到的一些数据,现象或其它信息,不能简单处理,应首先整理后仔细分析,找出它们所能够透露给我们的最大信息量.
2、平行复重原则：即控制某种因素的变化幅度,在同样条件下重复实验,观察其对实验结果影响的程度.任何实验都必须能够重复,这是具有科学性的标志.任何实验必须有足够实验次数,才能避免结果的偶然性,使得出的结论准确、科学.平衡重复原则要求控制某种因素的变化强度,在同样条件下重复实验,观察其对实验结果的影响程度.由以上实验设计的特点来看,采用了平行重复的原则来进行,消除了无关变量与额外变量的干扰,可多次重复该实验,使得实验结果更加客观、科学.
3、对照性原则：科学、合理的设置对照可以使实验方案简洁、明了,且使实验结论更有说服力.实验中的无关变量很多（同一种实验结果可能会被多种不同的实验因素所引起）,必须严格控制,要平衡和消除无关变量对实验结果的影响,对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法.
（1）如何设置对照实验：所谓对照实验是指除所控因素外其它条件与被对照实验完全相等的实验.对照实验设置的正确与否,关键就在于如何尽量去保证“其它条件的完全相等”.具体来说有如下四个方面：
①所有用生物材料要相同：所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同.
②所用实验器具要相同：试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小型号要完全一样.
③所用实验试剂要相同：试剂的成分、浓度、体积要相同.尤其要注意体积上等量的问题.
④所用处理方法要相同如：保温或冷却：光照或黑暗；搅拌或振荡都要一致.
有时尽管某种处理对对照实验来说,看起来似乎是毫无意义的,但最好还是要作同样的处理.
（2）设置对照组有4种方法：
①空白对照：即不给对照组做任何处理.例如,在“唾液淀粉酶催化淀粉水解” 的实验中,实验组滴加了唾液淀粉酶液,而对照组只加了等量的蒸馏水,起空白对照.
②条件对照：即虽给对照组施以部分实验因素,但不是所研究的实验处理因素.这种对照方法是指不论实验组还是对照组的对象都作不同条件的处理,目的是通过得出两种相对立的结论,以验证实验结论的正确性.
③自身对照：指对照组和实验组都在同一研究对象上进行,不再另外设置对照组,例如“质壁分离与复原”实验.自身对照简便,但关键要看清楚实验前后的现象及变化差异.
④相互对照（对比）：不单独设置对照组,而是几个实验相互为对照.即实验与对照在同一对象上进行.这种方法常用于等组实验中.“植物向光性”实验中,利用若干组燕麦胚芽的不同条件处理的实验组之间的对照,说明了生长素与植物生长弯曲的关系.
（3）“实验组”与“对照组”确认:
实验组是施加实验变量处理的被试组；对照组是不施加实验变量处理的对象组,两者对无关变量的影响是相等的,两组之间的差别,被认为是来自实验变量的结果.如 2005年春季高考题中为研究光对幼苗生长的影响时实验变量应为撤掉光照,因而暗处生长的小麦幼苗应为实验组,而自然状态（即未接受实验变量处理）的小麦幼苗应为对照组,通过对照组能增强实验的信度.