O objeto da psicologia experimental é o comportamento observável, a fim de testar modelos e teorias matemáticas sobre diversos aspectos do mesmo: prestar atenção, perceber, recordar, aprender, decidir, reagir emocionalmente e interagir. Os testes às teorias e modelos são experimentais, isto é, implicam a manipulação de variáveis ditas independentes e o registo rigoroso e a medição precisa do que acontece às variáveis dependentes. Por exemplo, manipular a intensidade da luz e registar e medir a velocidade de reacção de pressionar uma determinada tecla face a um estímulo sonoro. As observações que ocorrem nesses estudos experimentais permitem a formulação de leis, tal como em física ou química. Porém, o rigor do conhecimento científico em psicologia experimental implica um rigoroso controlo das potenciais variáveis parasitas ou confundentes. Por exemplo, se se quiser saber em que medida manipular a intensidade da luz influencia a velocidade de reacção de pressionar uma determinada tecla face a um estímulo sonoro, terá de se controlar rigorosamente qualquer variação sonora no ambiente em que ocorre a experiência. Caso contrário não saberemos se as variações na velocidade de reacção são devidas às mudanças produzidas na intensidade luminosa ou às mudanças aleatórias da intensidade sonora.