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处理因素是指有目的地作用于研究对象的因素，又称被试因素、研究因素，是根据不同的研究目的而给研究对象施加的各种干预措施。将处理因素作用于研究对象后，会产生一定的直接或间接实验效应。处理因素通常包括生物因素、化学因素、物理因素及内外环境因素。如寄生虫、真菌、细菌、病毒及生物制品属于生物因素；电、磁、光、声、温度、射线、微波、超声波等均属于物理因素；药物、营养素、激素、各种有机物和无机物属于化学因素。科研课题“盐霉素抑制肝癌细胞增殖、侵袭和转移的机制研究”中“盐霉素”就是处理因素。有时，研究对象自身的性别、年龄、血型、体重、职业、遗传特性、心理因素、健康状况等某些特征也可以作为处理因素来研究，如“早产儿体重与免疫疾病发病率的关系”项目中“早产儿的体重”就是处理因素，“ABO血型与成人男性血液流变性的关系”项目中“ABO血型”就是处理因素。此外，针灸、手术、注射、检查等治疗手段都可视为有目的的施加的处理因素，如“针灸治疗老年痴呆病的临床研究”中“针灸”即为处理因素。
在医学科研中，处理因素必须是实验中的主要因素，对于其他影响因素可具体分析，视为非处理因素，并在实验中作为误差来源严格控制。一项研究中处理因素往往不止一个，每个因素还有不同的剂量或强度，可分为若干等级或水平。在实验中取哪些水平需要认真考虑，水平选取得过于密集，实验次数就会增多，许多相邻的水平对结果的影响十分接近，不仅不利于研究目的的实现，而且会浪费人力、物力和时间；反之，该因素的不同水平对结果的影响规律则不能真实地反映出来，易于得出错误的结论。根据实验的需要选取合适的处理因素，并在研究中合理安排处理因素的数量、水平和强度，是科研设计的重要内容。
选择什么作为处理因素，取决于实验目的。例如，若想研究某种中药复方的毒副作用，则以此中药复方为处理因素；研究针刺疗法治疗单纯性肥胖患者的疗效，针刺的穴位和手法为处理因素；研究危险因素与某病病情和预后的关系，危险因素则为处理因素；研究超声波法与传统热水法这两种方法哪种更适合应用在灵芝多糖的工业提取中，处理因素则有两个，超声波法和传统热水法均为此实验的处理因素。在施加处理因素前应明确处理因素的性质，是否能表明进行本课题研究的目的与意义，如不能或无说服力，最好另选其他因素为处理因素。选择处理因素应遵循以下基本原则：①抓住实验中的主要因素，正确选择处理因素的数量、水平和强度；②分清处理因素和非处理因素，及时排除非处理因素；③处理因素必须经过标准化处理。
处理因素作用于研究对象引起的效应与处理因素的数量和水平有关。在科研中，处理因素数量和水平的选择，取决于实验目的。一般来说，一项科研的处理因素不宜过多。例如研究某种新药的疗效，设计为一种处理因素，即新药治疗（实验组）与传统治疗（对照组），这种单个处理因素设计目标明确，简单易行。如果设计为两种处理因素，即新药治疗组、新药加传统治疗组和传统治疗对照组，不仅能明确新药的疗效，而且能看出新药加传统治疗是否有协同作用。但如果处理因素过多，不仅使科研设计复杂化和工作负担重，而且可能对研究结果造成影响和对结果分析带来一定的困难。处理因素也不宜过大，处理因素过大可能引起损害或中毒，过小则不可能观察到应有的效应。例如观察一个新的药物效应，必须确定剂量-效应关系；如果没有剂量-效应关系，那么这是一种非特异性作用。在最小有效量与最大安全量范围内，研究目的不同，使用剂量也应有所不同。例如：进行药效筛选实验，希望不要漏掉有效药物，那么应选择最大安全量，通常采用半数致死量的1/10左右。若研究药效的影响因素，则应采用半数有效量，因为在这个水平药效曲线的斜率最大，如某因素对药效有影响，则可明显反映出来。假如进行毒性试验（如烹调油烟毒性实验），则应选择超过最大安全量的不同剂量，以分别找出半数致死量与最大致死量。但若进行两种药物的药效比较实验，则两者均应采用多个不同剂量，以便对两个药物的剂量-效应曲线进行较全面的分析。
依照处理因素与水平的数目，可产生四个不同类型组合，实际也就是四类不同的实验。①单因素单水平：科研中最常见的实验类型。如“当归注射液对辐射损伤小鼠脾细胞增殖的实验研究”就属单因素单水平实验。这类实验的条件较易控制，相对简单易行。实验目的也较为明确，但能够说明的范围受到限制，若同时有多个待考察因素时，则需开展多次实验，必然影响实验总体进度以及造成实验成本的增加和浪费。②单因素多水平：属单因素多群组的实验，也是科研中最常见的实验类型，如比较同一药物不同治疗剂量对某种疾病的治疗效果，比较不同浓度溶媒对提取中药复方有效成分含量的影响，比较非浸润性膀胱癌术后膀胱灌注化疗时间长短与疗效的关系等均属于这类实验。特别是珍稀药物、毒性较大的药物或新药最佳剂量的选择，往往需要采用这类实验。③多因素单水平：是较为常见的实验类型，对问题的阐明较单因素单水平实验更为深刻与全面。对于同时比较多种不同提取方法对药物有效成分含量的影响，同时比较不同药物对同一疾病的治疗作用，同时比较多种不同疗法对同类患者的治疗效果，探讨疗效确切的中药复方中的不同单味中药或单味中药中不同有效成分对同一疾病的疗效，进一步了解不同因素在同一疾病中的作用等，通常多采用多因素单水平实验。如中西医结合研究中，比较中药与西药联合的疗效，就属于这类实验。④多因素多水平：事物之间的联系是复杂的，生物效应更是如此。在许多情况下，应当考虑多个因素联合作用。在多因素联合作用中，到底哪个或哪几个因素是主要的？哪个或哪几个因素是次要的？它们彼此之间有无交互作用？回答这些问题，就应当采用多因素多水平实验。例如研究酶学实验的最佳反应条件、探索联合用药方案、研究中药复方等，多因素、多水平便是常用的实验类型。例如：考察乙醇提取人参总皂苷的提取工艺，可取四个因素，即乙醇的浓度、提取时间、提取次数和乙醇用量；每个因素各取三个水平，即三种浓度（85%、90%、95%）、三种提取时间（0.5h、1.0h、1.5h）、三种提取次数（1次、2次、3次）和三种乙醇用量（8倍量、10倍量、12倍量）；可采用 L 9 （3 4 ）正交实验设计，进行优化组合，可大大降低实验次数、减少工作量。
另外，设计处理因素时，还应注意处理因素的强度问题。处理因素强度不能过大或过小，处理因素过大可能引起损害或中毒，过小则不可能观察到应有的效应。如初步研究某种药物量效关系时，如何确定实验动物的最大和最小给药量？过大会引起实验动物中毒或死亡，给药量过小又会导致不能发挥出药物应有的治疗作用。依据不同的研究目的，正确选取处理因素的数量、水平及强度，优化实验设计才能正确反映出研究者欲考察的实验内容。
科研设计中，在选取处理因素的数量、水平及强度的同时，还应注意处理因素必须标准化。处理因素的强度、频率、持续时间与施加方法等，都要通过查询文献和做预备实验找出各自的最适条件，然后制定出明确、细致、具体的规定，使处理因素一经确立就应在整个研究过程中保持一致和稳定，否则会影响实验结果的评价。此外，如实验过程中由于特殊原因，某些处理因素确需改变，一般应将处理因素实验条件改变前后的实验结果分别予以处理。
实验中的给药剂量、药物批号、剂型、加工方法与给药途径等都应明确规定，施加方式、条件、时间应标准化和固定化。如研究中药复方加味天麻钩藤饮对自发性高血压大鼠血管内皮功能障碍的研究，处理因素是加味天麻钩藤饮的煎煮方法、给药剂量、给药时间、给药途径以及疗程等，在整个实验过程中均应前后一致。若实验中药物的煎煮方法前后不一致，每个大鼠给药时间不一致，那么所得最终实验结果将会有失真实，甚至会得出错误的研究结论。如给予相同剂量的尼可刹米，最初实验组采取下午2点给药，后改为凌晨2点给药，而检测两种情况死亡率分别为67%和33%，差别巨大。
科研设计应注意区分处理因素与非处理因素。非处理因素是指研究中非研究者有意施加于研究对象，而在研究中可能起干扰作用的因素。非处理因素虽不是欲研究的因素，但可能会对实验结果造成重大影响。如用两种疗法治疗同一种疾病的患者时，患者的年龄、身体状况，以及病情的轻重等都是非处理因素，在这些非处理因素中，有的也可能会对疗效产生影响，使研究者分辨不出是这些因素的作用还是治疗方法本身的作用，因此在科研设计之初，就应考虑如何排除非处理因素，消除其对实验的干扰作用。例如：在“盐酸维拉帕米（异搏定）对大鼠肺动脉内皮细胞黄嘌呤氧化酶活性的影响”研究课题中，异搏定是处理因素，但是细胞数量、细胞外钙离子浓度、氧分压、次黄嘌呤含量、pH值、温度等均可影响黄嘌呤氧化酶的活性，属于非处理因素，因此实验组与对照组除处理因素不同以外，所有这些非处理因素都应当保持齐同。科研设计的目的之一就是为了消除非处理因素的影响，使处理因素的特异性作用显现出来。