Mục tiêu của việc thiết kế lấy mẫu là nhằm tối ưu độ chính xác, tin cậy, tốc độ và chi phí của việc điều tra. Về cơ bản, có 4 thiết kế lấy mẫu đồng ruộng:
Lấy mẫu ngẫu nhiên (random design). Lấy mẫu ngẫu nhiên giúp loại bỏ khả năng lấy mẫu sai lệch do chủ quan của người điều tra. Để lấy mẫu ngẫu nhiên, các đơn vị mẫu (lá,
thân, cây, bông, bắp...) phải được đánh số ngẫu nhiên. Tuy nhiên, thực tế điều tra rất khó để có được sự ngẫu nhiên hoàn hảo.
Lấy mẫu tùy ý (arbitrary design). Đây là cách lấy mẫu mà người điều tra đi dọc hàng, luống... cây và dừng lại lấy mẫu tùy ý. Cách lấy mẫu này dễ tạo ra sự sai lệch nếu mẫu được quan sát bằng mắt vì do vô thức, người lấy mẫu có xu hướng chọn mẫu có triệu chứng dẫn tới ước lượng quá cường độ bệnh. Một cách khắc phục là chọn mẫu bằng lướt tay thay vì bằng mắt. Tuy nhiên cách này vẫn có thể tạo sai số nếu cây bệnh có kích thước (chiều cao) khác với cây khỏe – thường thấp hơn dẫn tới ảnh hưởng tới cảm giác của người điều tra. Hậu quả cường độ bệnh được ước lượng dưới mức thực tế.
Lấy mẫu hệ thống (systemic design). Ở cách lấy mẫu này, người điều tra bắt đầu từ một điểm tùy ý (ngẫu nhiên trên ruộng), tiếp theo, mẫu được lấy qua các khoảng cách hoặc số cây và hướng được xác định từ trước.
Lấy mẫu cụm (cluster design). Trong lấy mẫu cụm, mỗi đơn vị lấy mẫu chứa n cá thể và tất cả các cá thể trong 1 đơn vị lấy mẫu phải được quan sát. Ví dụ nếu đơn vị lấy mẫu là cây (hoặc cành) thì tất cả các lá trên cây (hoặc cành) phải được quan sát; nếu đơn vị lấy mẫu là ô vuông chứa n cây thì tất cả các cây trong ô phải được quan sát... Như đối với lấy mẫu theo mô hình không cụm, có X cá thể bệnh/đơn vị lấy mẫu; tuy nhiên đối với lấy mẫu cụm, X có thể là bất ký số nguyên nào từ 0 tới n trong mỗi đơn vị lấy mẫu. Cần chú ý rằng tổng số cá thể được quan sát có thể không nhất thiết bằng nhau giữa tất cả đơn vị lấy mẫu; trong trường hợp này, ta sẽ có nj trong đơn vị lấy mẫu thứ j. Thông thường, N được xác định trước khi điều tra nhưng nhiều trường hợp, N được xác định ngay khi lấy mẫu, dựa trên quan sát trước đó.