Проведення експерименту ґрунтується на статистичній обробці спостережень методами дисперсійного аналізу, в результаті якого можна оцінити вплив кожного фактора на досліджуване явище. Якщо фактори діють незалежно, то дисперсія вимірюваного параметра є сумою дисперсій складових факторів. Аналіз дає змогу визначити вклад у дисперсію кожного фактора та оцінити відносну важливість кожного з них.
Нехай показник у досліджуваного явища залежить від двох факторів x1, х2, тобто
Тоді відхилення y від середнього значення при дії факторів х1,х2 може бути представлене у вигляді суми
де ?1 — відхилення, викликане дією фактора х1і; ?2 — відхилення, викликане дією фактора х2; ? — відхилення, викликане дією випадкових факторів збурення.
Допускаючи незалежність випадкових величин ?1, ?2 та ?, отримаємо залежність
де — дисперсії величин у, ?1, ?2, ? відповідно.
Порівнюючи дисперсії від дії факторів х1 та х2 із дисперсією від дії випадкових збурень, з’ясуємо значущість впливу кожного з цих факторів на досліджуваний показник у за допомогою статистичного F - критерію Фішера. Цей критерій визначається для оцінки впливу кожного фактора як
Отримані значення порівнюються з табличними значеннями при заданому рівні значущості ? = 0,05 або ? = 0,01 (див. табл. Д6 додатка). Якщо то вплив факторів х1 та х2 на досліджуваний показник вважається несуттєвим.
Таким чином, дисперсійний аналіз дає змогу на основі статистичних даних вибірок знайти значення дисперсій а також за допомогою F-критерію Фішера оцінити суттєвість впливу факторів х1 та х2 на досліджуваний показник.
При дисперсійному аналізі багатофакторного експерименту його методика не змінюється порівняно з однофакторним дисперсійним аналізом, лише збільшується обсяг обчислень.