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教育心理学的研究方法也和其他科学一样，坚持在理论联系实际原则的指导下，采用观察法、调查访问法、自然实验法、实验室实验法等研究方法。比较切合实际的研究方法是开展实验研究，经常观察、访问、记载出现的心理现象、心理动态并进行分析，以加速认识学生在教育和教学影响下的心理活动的特点及其规律。
测验分数和其他教育变量常常呈现接近于正态分布。也许教育心理学的第一个重要的方法论创新就是发展和应用了斯皮尔曼的要素分析(factor analysis)。要素分析也是教育心理学家使用多重变量分析方法的一个实例。
定性方法用于那些描述事件、过程和理论意义的教育研究。用于教育心理学的定性方法常常来自人类学、社会学或社会语言学。例如，人类学的民族志方法被用于描述课堂上的教和学。在这种类型的研究中，研究者作为参与观察(participant observa-tion)者或被动观察者，收集详细的自然状态记录。然后，笔记和其他数据可以用“扎根理论”（或译“实地理论”,grounded theory)等方法来进行分类和解释。对于多种数据资料进行“三角测量”的交互核对，在定性研究中有很高的价值。
个案研究(case study)是定性研究的一种形式，关注某一个人、组织、事件或其他实体。