作物在试验田里种植，株与株之间的距离为株距，条播成行，行与行之间的距离为行距。纵横株距相乘或株距乘行距等于单株的营养面积。在一定的面积内，单株的营养面积之和构成试验小区的面积。在试验田里，一个处理种植一个试验小区。有几个处理就种几个试验小区。各处理种植一遍为一次重复，种植几遍就是重复几次。重复也就是同一处理所设置的试验小区的数目。所有重复总起来就是试验田的田间总体结构。作物的田间试验设计也就是对以上内容全面设置和排列。
在作物田间试验田里，作物种植的行株距，特别是群落育种，应比大田生产的行株距适当加大，以便观察记载。群体育种的小区面积以30.3m2左右为宜；群落育种以增加一倍上下为原则，或进行大区试验。此外，在确定具体小区面积时，还应根据试验因子、气候和土壤条件以及耕作栽培等情况加以调整。小区形状以长方形为宜。为了减少误差，提高平均数据的准确性，一般试验处理应设置重复2～4次，群落育种可适当减少重复次数。进行大区对比，尽量做到条件相对一致，这样也可省去重复。田间试验都要设置对照区和保护区（行）。对照区也叫标准区，用以衡量试验的效果。不然，试验结果好坏就无法正确比较。保护区（行）有保护试验的作用，在试验田周围种植或试验区边缘种植一定行数的同一作物，以防人踏、畜啃和机械损伤所试验的作物。
一、试验小区的排列方式
试验小区排列方式分为顺序排列法和随机排列法2种。
（一）顺序排列法
顺序排列法是按一定的顺序对一个重复内的小区进行排列。不同重复分别采用正向式、逆向式和阶梯式3种形式。设计方法分为对比法设计和间比法设计。对比法的特点在于每2个处理小区设一对照区，以便各处理就近对比，方便准确。但对照区数目多，占用土地面积大，对于处理多的试验不太适宜。间比法是每隔4个，甚至9个处理小区设置一个对照小区。此法适用于处理较多试验。
（二）随机排列法
随机排列法是用抽签法、抓阄法或随机数字表法使各处理在重复内随机确定其前后顺序的方法。这种方法可避免系统性的误差，试验结果准确性较高，但是排列、观察和分析都较为费事。这种方法还可细分一些方法。如单因子的完全随机排列设计法、随机完全区组设计和拉丁方设计法以及复因子的随机完全区组设计法、复因子裂区设计法和正交试验设计法。以下介绍常用的有代表性的单因子随机完全区组设计法和复因子裂区设计法。
1.单因子随机完全区组设计法
随机区组设计法是将若干试验小区，在土壤肥力基本上一致的地段上组成一个区组。在每个区组内，把一个重复的处理全部种在区组内，就成为一个处理，一个小区；一个重复，一个区组。区组实际上就是一次重复内所有的小区组合。区组内的处理小区随机排列，它们在田间的位置和顺序，机会均等。各区组中的各处理小区的次序相同的概率非常小。所以随机区组设计法适用于准确性要求较高的计产小区试验。
2.复因子裂区设计
法裂区设计法就是在一种随机不完全区组的设计方法。复因子试验处理组合过多，而且各因子又有某些特殊要求时，宜采用这种设计。它的特点在于以大的小区作为主区，在主区内再划分出若干个副区，以满足不同因子的要求。例如施肥量和品种复因子试验，两因子都有特殊的要求，施肥量因子要较大的小区，而品种因子适宜较小的小区。施肥量因子和品种因子都有3个处理，则在施肥量3个较大的处理小区，每个再划分出3个较小的小区，种植3个品种处理。如果重复4次，共有12个较大的小区和36个较小的小区如。
二、重复排列方式
重复是一个试验中同一处理所设置的小区数。在田间试验中，每个处理各设置一个小区，为一次重复；各设置2个小区，为二次重复；余类推。重复几次说明同一处理共种植几次。多重复几次则把同一处理小区分布不同的地方，这就会降低因种植地方而引起的误差。然而，也不是重复越多越好，过多了，将会浪费土地、人力和物力。设置重复可本着以下原则：土壤肥力差异较大，试验准确性要求较高和小区面积较小，重复次数应多些，反之则少些。
一般作物田间试验，在土壤肥力较为均匀的情况下，小区较大，可以重复2～3次，小区较小可以重复4～6次。