心理学の研究は、心理学的現象に関する仮説を立て、評価するため、科学的方法の基準に沿い、定性的な倫理学的手法と定量的な統計的手法の両方を用いる。研究倫理や研究領域の発展状況が許す限り、実験プロトコルによって調査が行われることもあります。心理学は、心理現象の説明と理解のために他の分野の科学的知識を利用する、折衷的な傾向がある。質的心理学研究では、アクションリサーチ、エスノグラフィー、探索的統計、構造化インタビュー、参与観察など、幅広い観察手法を活用し、従来の実験では得られなかった豊富な情報を収集することが可能である。一般的に、人間性心理学の研究は、民俗学的、歴史学的、および歴史学的手法によって行われる。
心理機能のさまざまな側面をテストすることは、現代の心理学の重要な分野である。心理測定や統計的手法が主流で、これには様々なよく知られた標準検査のほか、状況や実験に応じ臨機応変に作成されるテストが含まれる。
大学教員などの心理学者は、特定の領域における心理学的理解を深めることを目的とし、純粋に研究と心理理論に集中する者もいるが、そのような知識を実用化するために応用心理学に取り組む心理学者もいる。これらのアプローチは相互に排他的ではなく、ほとんどの心理学者は、キャリアのある時点で、心理学の研究と応用の両方に携わることが多い。
関心領域が特定の訓練と専門知識を必要とする場合、特に応用領域では、心理学会は通常、訓練要件を管理するために管理団体を設立する。さらに、心理学者が他者に治療を施す実践心理学の分野では、心理学者に政府の規制機関からの許可が必要な場合もある。
対照実験
実験は、心理学の多くの分野で主要な研究方法の一つである。実験心理学的研究は、実験室の条件管理の下で行われます。実験では、反応速度、反応時間、各種の心理測定など、いくつかのタイプの測定が行われる。実験は、特定の仮説の検証（演繹的アプローチ）または機能的関係の評価（帰納的アプローチ）のためにデザインされている。これらの実験により、行動のさまざまな側面と環境との因果関係を明らかにすることができるため、心理学研究にとって重要である。
ヒトを対象とする研究に対する倫理原則は、長年にわたり発展してきた。第二次世界大戦後、ナチスによる実験対象者の虐待を理由にニュルンベルク綱領が制定された。また、スタンレー・ミルグラムによる権威への服従の研究など、人体実験に対するさらなる規制の確立につながった。その後、世界医師会（WMA）が医学界用に作成した人体実験に関する倫理原則である「ヘルシンキ宣言」がほとんどの国（および科学雑誌）で採用された。米国では、1966年に米国国立衛生研究所（Institutional Review Board）が施設審査委員会を設置し、1974年には国家研究法（National Research Act、HR7724）が採択された。これらはいずれも、研究者が実験研究に参加者からインフォームドコンセントを得ることを奨励するものである。
動物実験
人を対象とした実験実験の倫理的問題を考慮し、霊長類、猫、犬、ネズミ（ラット）などのげっ歯類を用いた動物実験が心理学の実験でしばしば行われる。
1890年代、イワン・パブロフが犬を用いて古典的条件付けを実証したことは有名である。動物の学習実験は、学習や記憶の生物学的基盤を解明する上でも重要である。理想的な対照実験は、一度に1つの独立変数のみを導入し、その独立変数が従属変数に与える影響を確認するものである。このこの条件に最も近いのが実験室である。これに対し、ヒトの環境や遺伝的背景は非常に多様であり、多くの要因に左右されるため、重要な変数を制御することは困難である。もちろん、動物モデルは人間の行動の多くの側面を理解するのに役立つものではあるが、動物実験の結果を人間に一般化することには落とし穴があることは念頭に置いておかねばらならない。
自然観察法
ジェーン・グドール（Jane Goodall）がチンパンジーの社会生活や家庭生活の役割を研究したように、心理学者も人間の社会生活、職業生活、家族生活において同様の観察研究を行っている。参加者は自分が観察されていることに気づいている場合もあれば、観察されていることに気づかない隠微な場合もあります。観察が隠れて行われる場合には、倫理的なガイドラインが考慮される必要がある。
神経心理学的手法
神経心理学は、健常者と脳に損傷を受けたり精神疾患を患った人の両方を研究対象とします。
認知神経心理学や認知神経精神医学では、神経学的または精神的障害を研究し、正常な精神や脳機能の理論を推論しようとする。この研究では通常、残存する能力のパターン（「機能的解離」と呼ばれる）の差異を調べることで、能力がより小さな機能で構成されているのか、あるいは単一の認知機構（認知メカニズム）によって制御されているのかを知る手がかりとなる。
さらに、健常者の神経心理学の研究にも適用できる実験技術がしばしば用いられる。例えば、行動実験、課題遂行中の脳の活動を調べるための脳スキャンや機能的神経画像検査（機能的ニューロイメージング）、精神活動における脳の小領域の重要性を調べるため、脳の小領域の機能を安全に変化させ精神操作におけるその重要性を調べる経頭蓋磁気刺激などの技術がある。
計算モデリング
計算モデルは、数理心理学や認知心理学でよく用いられるツールで、コンピュータを使って特定の行動をシミュレートするものである。この方法にはいくつかの利点がある。最近のコンピュータは処理が非常に速いので、多くのシミュレーションを短時間で実行でき、大量の統計処理が可能になる。また、モデリングによって、心理学者は、人間では直接観察できなかった心的事象の機能的構成に関する仮説を視覚化することができる。
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