Uji statistik sampel yang menggunakan dua sampel berpasangan atau berhubungan digunakan jika peneliti ingin menentukan apakah dua perlakuan memiliki perbedaan yang signifikan, atau apakah perlakuan satu lebih baik dari perlakuan lainnya. Pengertian perlakuan (treatment) disini dapat berupa injeksi obat, training, propaganda, pemisahan dari keluarga, alternatif operasi, pengenalan elemen baru dalam ekonomi dan lain-lain. Pada setiap kasus, kelompok yang mendapatkan perlakuan dibandingkan dengan kelompok yang tidak mendapatkan perlakuan, atau mendapatkan perlakuan lainnya.
Pada kasus perbandingan kedua kelompok tadi, kadang-kadang ditemukan perbedaan yang signifikan, tetapi perbedaan ini bukan sebagai akibat dari adanya perlakuan. Sebagai misal seorang peneliti ingin membandingkan dua metode pembelajaran. Satu kelompok mendapatkan metode pembelajaran A dan kelompok lainnya mendapatkan metode pembelajaran B. Jika salah satu kelompok sekarang menjadi lebih mampu atau lebih termotivasi, hal ini bisa terjadi sebagai akibat dari variabel lain dan bukan karena metode pembelajaran yang diberikan. Kinerja kedua kelompok setelah mendapatkan metode pembelajaran yang berbeda mungkin tidak dapat menggambarkan dengan akurat efektivitas reatif kedua metode pembelajaran tersebut.
Salah satu cara untuk mengatasi kesulitan mengisolasi variabel lain yang tidak diteliti yang akan berpengaruh terhadap perbedaan kedua kelompok pengamatan adalah menggunakan uji dua sampel berhubungan (berpasangan). Kita dapat memasangkan (match) atau menghubungkan kedua sampel yang dipelajari. Pemasangan ini dapat dilakukan dengan menggunakan setiap subyek sebagai pengontrol dirinya sendiri, atau dengan memasangkan subyek dan kemudian menghadapkan setiap anggota pasangan kepada dua perlakuan yang berbeda. Subyek yang berfungsi sebagai "pengontrol dirinya sendiri" mendapatkan kedua perlakuan pada waktu yang berbeda. Jika metode "pemasangan" yang digunakan, maka tujuannya adalah memilih pasangan subyek yang memiliki kemiripan dari semua variabel lain diluar yang diteliti yang mungkin akan mempengaruhi hasil penelitian.
Dalam contoh kasus di atas, metode pemasangan dilakukan dengan memilih sejumlah pasangan mahasiswa. Setiap pasangan terdiri dari dua mahasiswa yang memiliki kemampuan dan motivasi yang sama. Salah satu anggota dari setiap pasangan dipilih secara random dan diberikan metode pembelajaran A dan partner pasangannya diberi metode pembelajaran B.
Teknik statistik parametrik yang biasanya digunakan untuk menganalisis data dari dua sampel berpasangan atau berhubungan adalah uji beda rata-rata t-test. Uji t mengasumsikan bahwa perbedaan skor secara independen didapat dari distribusi normal yang berarti pengukuran variabel paling tidak dengan skala interval. Kadang-kadang uji tidak tepat oleh kaerna asumsinya tidak terpenuhi atau peneliti menemukan kondisi sebagai berikut :
- Asumsi uji t tidak dapat dipenuhi.
- Perbedaan diantara dua pasangan tidak mencerminkan skor, tetapi "sign" atau tanda (anggota salah satu pasangan "lebih besar" daripada anggota pasangan lainnya. Berapa "lebih besar" tersebut tidak diketahui).
- Skor yang akan diuji berupa klasifikasi - kedua anggota sampel berpasangan dapat menjawab dengan cara yang sama atau sama sekali berbeda sehingga tidak dapat dihubungkan satu sama lain.
- McNemar Change Test
- The Sign Test
- The Wilcoxon Signed Ranks Test
