En principio, no existe una muestra única que represente el sistema que se estudia y, por limitaciones propias del laboratorio, sólo es posible analizar una pequeña porción del mismo y extrapolar el resultado. Por este motivo, se han desarrollado diferentes diseños de muestreos en un intento de lograr muestras lo más representativas posible.
Varios contaminantes ambientales (e.g., hidrocarburos, plaguicidas) pueden solamente ser analizados en muestras individuales y la representación del sistema se logra con la toma repetitiva de muestras sobre un período de tiempo y promediando o analizando los resultados.
El concepto de muestreo múltiple con el objeto de obtener una información integral de la zona de estudio se puede formalizar dentro de una serie de variables. Estas variables puede ser, por ejemplo, el tiempo, donde las muestras son tomadas en el mismo lugar en intervalos regulares de tiempo, o el espacio, donde las muestras son tomadas a distancias regulares ya sea en forma vertical u horizontal. Estas muestras pueden ser recogidas en las mismas condiciones, almacenadas y analizadas individualmente para caracterizar un área o pueden ser combinadas en una sola para formar una muestra representativa de donde se analiza una submuestra.
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