Похибки вимірювань виникають як наслідок недосконалості методів і засобів вимірювання, впливу умов вимірювання, недосконалості органів чуття спостерігача, а також багатьох інших факторів, які формують сумарну похибку вимірювання. Всі ці фактори можна об´єднати у дві основні групи.

Випадкові похибки (в т. ч. грубі похибки і промахи), що змінюються випадковим чином при повторних вимірюваннях однієї і тієї ж величини.

Систематичні похибки, що залишаються постійними або закономірно змінюються при повторних вимірюваннях однієї і тієї ж величини.

Розглянемо кожну з цих похибок. Випадкова похибка не може бути виключена з результатів вимірювання, але її вплив може бути зменшений за рахунок повторних вимірювань однієї величини й обробки експериментальних даних.

Для оцінки можливих похибок вимірювань треба знати закономірність появи випадкових похибок. При значній кількості вимірювань їхні значення, як правило, розподіляються за законом Гауса: похибки вимірювань можуть набувати неперервного ряду значень; вірогідність (частота) появи похибок, рівних за значенням і обернених за знаком, є однаковою; великі за абсолютним значенням похибки трапляються рідше, ніж малі; середнє арифметичне похибки наближається до нуля при збільшенні кількості вимірювань.

Грубі похибки та промахи виникають унаслідок помилок або неправильних дій виконавця (його психофізіологічного стану, неправильного відліку, помилок запису або обчислень, неправильного включення приладів і т. ін.), а також при короткочасних різних змінах умов проведення вимірювань (вібрації, надходження холодного повітря, поштовху приладу виконавцем і т. ін.).

Якщо у процесі вимірювань виявлено грубі похибки і промахи, то результати вимірювань анулюються, після чого проводиться додаткове вимірювання. Слід, однак, враховувати, що непродумане анулювання результатів, які різко відрізняються від інших, може призвести до значного викривлення характеристик розсіювання ряду вимірювань, тому повторні вимірювання краще проводити не замість сумнівних, а як доповнення до них. Однак найчастіше їх виявляють тільки під час кінцевої обробки результатів вимірювання за допомогою спеціальних критеріїв оцінки грубих похибок.

Щоб запобігти грубим похибкам і промахам, практикують проведення паралельних обчислень, а інколи й аналізів двома виконавцями.

Систематичні похибки є певними функціями невипадкових факторів, склад яких залежить від фізичних, конструктивних та технологічних особливостей засобів вимірювання, умов їхнього використання, а також індивідуальних якостей спостерігача.

Складні детерміновані закономірності, яким підпорядковуються систематичні похибки, визначаються або при створенні засобів вимірювальної техніки та комплектації вимірювальної апаратури, або безпосередньо при підготовці вимірювального експерименту і в процесі його проведення.