Il est parfois trop dispendieux de disséminer un échantillon dans l'ensemble de la population. Les coûts de déplacement risquent de devenir élevés lorsque les intervieweurs doivent sonder des gens d'un bout à l'autre du pays. En pareil cas, peut choisir la technique de l'échantillonnage en grappes pour réduire les coûts.

La technique de l'échantillonnage en grappes entraîne la division de la population en groupes ou en grappes comme son nom l'indique. Suivant cette technique, on sélectionne au hasard un certain nombre de grappes pour représenter la population totale, puis on englobe dans l'échantillon toutes les unités incluses à l'intérieur des grappes sélectionnées. On n'inclut dans l'échantillon aucune unité de grappes non sélectionnées; ces unités sont représentées par celles tirées de grappes sélectionnées. La technique en question diffère de la technique d'échantillonnage stratifié, qui entraîne la sélection d'unités de chaque groupe.

Mentionnons, entre autres exemples de grappes, les usines, les établissements d'enseignement et les régions géographiques telles que les subdivisions électorales. On utilise les grappes sélectionnées pour représenter la population.

Exemple 6 : Supposez que vous représentez une organisation d'athlétisme désirant déterminer quels sports pratiquent les élèves de 3^ième  au Sénégal. Il serait trop coûteux et trop long d'interroger chaque élève sénégalais de 3^ième ou même deux ou trois élèves de chaque classe de 3^ième  au Sénégal. On sélectionne plutôt au hasard 100 écoles de tout le pays.

Ces écoles fournissent des grappes d'échantillons. On sonde ensuite chaque élève de 3^ième de chacune des 100 grappes. Les élèves inclus dans ces grappes représentent, en effet, tous les élèves de 3^ième  au Sénégal.

Comme nous l'avons mentionné, réduire les coûts est l'une des raisons d'utiliser l'échantillonnage en grappes. Ce dernier crée des « poches » d'unités échantillonnées, au lieu de disséminer l'échantillon sur tout le territoire. Le fait que l'on ne dispose pas parfois d'une liste de toutes les unités incluses dans la population (une nécessité lorsqu'on effectue un échantillonnage aléatoire simple, un échantillonnage systématique ou un échantillonnage avec probabilité proportionnelle à la taille), tandis qu'une liste de toutes les grappes est disponible ou facile à dresser, constitue une autre raison d'utiliser l'échantillonnage en grappes.

Dans la plupart des cas, une perte d'efficacité comparativement à ce qu'il en est lorsqu'on utilise un échantillonnage aléatoire simple représente le principal inconvénient de l'emploi de l'échantillonnage en grappes. Il est habituellement préférable de sonder un grand nombre de petites grappes, plutôt qu'un petit nombre de grandes grappes. Pourquoi? Parce que les unités avoisinantes tendent à se ressembler davantage, ce qui donne un échantillon ne représentant pas l'éventail complet d'opinions ou de situations de l'ensemble de la population. Dans l’exemples précédent, les élèves de la même école ont tendance à pratiquer les mêmes types de sports (suivant les installations dont dispose leur établissement d'enseignement.

L'échantillonnage en grappes ne permet pas de contrôler totalement la taille finale de l'échantillon, ce qui constitue un autre inconvénient de son utilisation. Puisque toutes les écoles ne comptent pas le même nombre d'élèves de 3^ième  et que les îlots ne renferment pas non plus le même nombre de ménages, et que nous devons sonder chaque élève ou ménage inclus dans notre échantillon, ce dernier peut être finalement d'une taille supérieure ou inférieure à ce que nous espérions.