Um modelo matemático associado a experimentos com um fator aleatório é
onde:
é a média geral de todas as observações;
é o efeito aleatório do i-ésimo nível na variável dependente;
é um erro casual não observável.
Supondo que
, são independentes, que 
são variáveis aleatórias independentes e identicamente distribuídas normais com média zero e variância 
, e que 
são variáveis aleatórias independentes e identicamente distribuídas normais com média zero e variância 
, então,
onde:
é a média geral de todas as observações;é o efeito aleatório do i-ésimo nível na variável dependente;é um erro casual não observável.Supondo que
, são independentes, que são variáveis aleatórias independentes e identicamente distribuídas normais com média zero e variância , e que são variáveis aleatórias independentes e identicamente distribuídas normais com média zero e variância , então, 
