尽管我们无法准确地预测随机实验的结果，但我们通常可以指定一组可能的结果。这给出了随机实验模型的第一个要素。
定义1.1 随机实验的样本空间Ω是所有可能结果的集合。
随机实验样本空间的例子有：
连续投掷两个骰子，
Ω = {(1,1),(1,2),...,(1,6),(2,1),...,(6,6)}.
机器寿命（天），
Ω = R+ = { 正实数 }.
一段时间内到达交换机的呼叫数，
Ω = {0, 1, · · · } = Z+.
10个人的身高，
Ω = { (x1, ..., x10) | xi ≥ 0, i = 1, ..., 10 } = ℝ+10.
这里(x1,...,x10)表示第一个被选择的人的长度为x1，第二个被选择的人的身高为x2，以此类推。
值得注意的是，为了建模通常会采用比必要更大的样本空间。例如，机器的实际寿命肯定不会跨越整个正实数轴。而选择的10人身高不会超过3米。