定義：
多階段抽樣（Multistage sampling）：是指將抽樣過程分階段進行，每個階段使用的抽樣方法往往不同，即將各種抽樣方法結合使用，其在大型流行病學調查中常用。其實施過程為，先從總體中抽取范圍較大的單元，稱為一級抽樣單元，再從每個抽得的一級單元中抽取范圍更小的二級單元，依此類推，最后抽取其中范圍更小的單元作為調查單位。
抽樣過程：
第一階段，將總體分為若干個一級抽樣單位，從中抽選若干個一級抽樣單位入樣；
第二階段，將入樣的每個一級單位分成若干個二級抽樣單位，從入樣的每個一級單位中各抽選若干個二級抽樣單位入樣……，依此類推，直到獲得最終樣本。
如果我們面對的一階單元內總體基本單元數相當大，作全面的調查就會比較困難，或者一階單元內各二階單元可以給出相近的結果，作全面的調查又無必要。此時從費用和抽樣估計效率考慮，便可以從總體中隨機抽取一部分一階單元，然后再從被抽中的一階單元內，隨機抽取部分二階單元并對他們作全面調查，我們把這種抽樣技術稱為兩階抽樣。
如果在被抽中的二階單元中，再抽取部分三階單元組成樣本，并對抽中的三階單元進行全面的調查，這就是三階抽樣。類似地，可以定義四階抽樣或更高階的抽樣，通常將兩階以上的抽樣稱為多階段抽樣。
需要指出的是，多階段抽樣中，各階可以采用不同的抽樣方法，也可采用同一種抽樣方法，要視具體情況和要求而定。
在兩階抽樣中，總體各一階單元所包含的二階單元數，有相等和不相等的兩種情況。前者無論在樣本的抽取還是在指標的估算方面都相對比較簡單，然而在抽樣實踐中卻很少有這種情況的存在，但作為基本方法仍然有其實際意義；后種情況在抽樣和指標的估算方法上都較為復雜，然而在實際中普遍存在此種情況。
多階抽樣與分層抽樣和整群抽樣的關系：
多階段抽樣區別于分層抽樣，也區別于整群抽樣，其優點在于適用于抽樣調查的面特別廣，沒有一個包括所有總體單位的抽樣框，或總體范圍太大，無法直接抽取樣本等情況，可以相對節省調查費用。其主要缺點是抽樣時較為麻煩,而且從樣本對總體的估計比較復雜。
將總體分為若干個一階單元，如果在每一個一階單元中，都隨機抽取部分二階單元，由這些二階單元中的總體基本單元組成的樣本，在抽樣的方式上，就相當于分層抽樣；如果在全部的一階單元中，只抽取了部分一階單元，并對抽中的一階單元中的所有的基本單元都做全面調查，這就是整群抽樣。
因此，分層抽樣實際是第一階抽樣比為100%時的一種特殊的兩階抽樣；而整群抽樣實際上是第二階抽樣比為100%時的一種特殊的兩階抽樣，故也稱單級整群抽樣。令fi為抽樣比，即有：當時，二階抽樣可視為分層抽樣，當時，二階抽樣可視為整層抽樣。
多階抽樣與分層抽樣的主要區別在于：
一、分層抽樣是對總體中的每個一級樣本群體進行全面入樣，再對所有的樣本進行抽查；而兩階抽樣則把總體中所有的群體視為一階單元，對這些一階單元進行抽樣，將抽出的樣本再次進行抽樣（兩次都不是進行全面的調查），產生兩級樣本，最后綜合估算出總的一級樣本指標。
二、整群抽樣是對總體中抽取的每個樣本群體所包含的基本單元進行全面調查；而兩階抽樣則把總體中所有的群體視為一階單元，對每一個被抽中的一階單元所包含的二級單元（即基本單位），不是進行全面的調查，而是再進行一次抽樣調查（也稱抽子樣本）。即兩階抽樣，產生兩級樣本，最后綜合估算出總的一級樣本指標。至于在綜合估算的方式方法上，兩階抽樣與整群抽樣也是極其相似的，只不過前者為就被抽一級單元的樣本指標進行綜合估算，后者為就被抽樣群體單元的全體指標進行綜合估算。
