将试验小区进行逐级分裂的一种试验设计。在复因子试验中，如果各因素对小区面积大小要求不同，或试验者对各因素试验精确度的要求不同，则可先将区组划分为若干个主区。把需要较大小区或效应容易区分、精确度要求不高的因素布置于主区中，主区因素的各处理叫作主处理。然后将各主区进一步划分为若干个副区，安排另一个因素的各处理（副处理）。

裂区设计中，副区可以按随机区组或拉丁方排列，其中以主、副处理均按随机区组排列的类型最为简便易行。主区的排列与一般随机区组设计相同。就整个试验来说，每个主区仅是副处理的一个不完全区组，因而是一种混杂主区处理效应的试验设计。例如，某试验有3种耕作方式（主处理），分别以a₁、a₂、a₃表示，4种密度（副处理），分别以b₁、b₂、b₃、b₄表示，则3个重复（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）的裂区设计如图示。

统计分析时，可分别估算主区误差（E_a）和副区误差（Eb）。前者用于主处理的显著性测验：后者用于副处理和主×副互作的显著性测验。由于主区面积大，局部控制效果较差，一般主区误差较大，因而主处理比较的精确度相对较低。而副区面积小，在同一主区内彼此靠近，局部控制效果较好，一般副区误差较小，所以测验副处理及主×副互作效应的精确度较高。对于主、副处理均为随机区组方式的裂区试验设计，若含有a个主处理，b个副处理，r次重复，则第i区组内第j主区第k副区的观测值x_ijk的线性数学模型可表达为：χ_ijk＝u＋ρ_i＋a_j＋υ_ij＋β_k＋（aβ）_jk＋ε_ijk

式中 μ为总体平均数，ρ_i为区组效应（i＝1，2……r），α_i为主处理效应（j＝1，2，……a），υ_ij是主区随机误差，β_k是副处理效应（k＝1，2，……b），（αβ）_jk是主、副区因素互作效应，ε_ijk是副区随机误差。根据上述线性模型，可将裂区试验的方差分析表解如下：

裂区试验设计

裂区设计的方差分析

表中是区组平均数，是主处理平均数，是某区组内的主区平均数，是副处理平均数，是主副处理组合平均数。可以看出，主区误差与副区误差自由度之和（r-1）（a-1）＋a（b-1）（r-1）＝（r-1）（ab-1），恰好为二因素随机区组试验的误差自由度。可见裂区设计统计分析的特点在于能将试验误差做进一步分解。可对不同试验因子的主效应和互作效应提供不同精确度的比较。

裂区试验设计常用于下述情况：①如果试验研究中一个因素的主效应比另一因素大，则可将前者布置于主区，后者布置于副区。②如果一个因素的主效应比另一因素更重要，或试验的主要目的是研究因素间的互作，则可将重要的因素布置于副区，以便对其主效应及主×副互作效应进行更为精确的检验。③在田间试验中往往将需要较大面积的因素布置于主区，而将其余因素布置于副区。若试验因素不止两个，还可将副区再进一步分裂为亚副区，以便安置第三个因素的各个处理。这种设计称为再裂区设汁。