前面所述的抽样方式都是从总体中进行一次抽样就可产生一个完整的样本。但在实际工作中，总体包括的单位很多，而且分布很广，要通过一次抽样抽选出样本是很困难的。在这种情况下，可将整个抽样程序分成若干个阶段，然后逐阶段进行抽样，以完成整个抽样过程。这种抽样方式称为多阶段抽样。

以调查某省粮食作物平均亩产量来推算总产量为例，可以按行政区域划分层次，以省为总体，以县为抽样单位。其步骤为：①从省抽县，抽中的县作为第一阶段抽取的样本；②从中选的县抽乡或村，作为第二阶段抽取的样本；③从中选的乡或村中抽农户，中选的农户作为第三阶段抽选的样本；④从中选的农户中抽地块，对抽中的地块进行实割实测，作为最基层阶段的样本，计算其样本平均亩产量，然后逐级往上综合估算平均亩产量，并推算总产量。世界上许多大规模的抽样调查，都采用多阶段抽样，但因调查对象的性质和具体要求有所不同，划分抽样阶段亦有差别。多阶段抽样一般以划分二、三阶段，至多四个阶段为宜。

在多阶段抽样中，前几个阶段的抽样都类似于整群抽样。每个阶段都会存在抽样误差。为提高抽样结果的代表性，抽取的群数和抽样方式，都应注意样本单位的均匀分布。为达到此要求，通常应适应多抽一些第一阶段的群数。对于群间方差大的阶段，应适当多抽一些，反之则可以少抽一些。(www.daowen.com)

每阶段的抽样方式可用简单随机抽样或等距抽样。各阶段可用同一种抽样方式，也可用不同的抽样方式，要视具体的情况和要求而定。在各阶段中，抽样单位的调查变量，其数值有较大的共同性，因而不宜采用分层抽样方式。另外，除最后阶段需要进行直接调查的基本单位外，其他各阶段因尚需进一步抽样，所以不宜采用整群抽样方式。

整群抽样虽然类似于多阶段抽样，但两者之间是有区别的。以两阶段抽样为例，整群抽样是从总体各群中随机抽取部分群，然后对这些群组的全部单位进行调查；而两阶段抽样是第一阶段抽取部分群，然后在第二阶段从所选中的群组中随机地抽取部分单位进行调查。两阶段抽样和类型抽样虽然都需对总体进行分组，但两者之间亦有区别，分层抽样是在第一阶段抽取了全部的组，然后在各组中抽取部分单位进行调查。而两阶段抽样则是在第一阶段随机抽取部分群，然后再从中选的部分群中抽取部分组作为第二阶段的样本进行调查。所以两阶段抽样在组织技术上可视作整群抽样和分层抽样的结合。