Un grupo de un ensayo clínico es un grupo de pacientes que reciben un tratamiento específico (o ningún tratamiento). Los ensayos que involucran varios grupos, o ensayos aleatorizados, tratan grupos de pacientes seleccionados al azar con diferentes terapias para comparar sus resultados médicos. Los grupos experimentales, que reciben un medicamento experimental, se comparan con los grupos de control, que pueden recibir un comparador activo (otra terapia utilizada para tratar la misma afección que la terapia experimental), un comparador de placebo (una terapia inactiva), un comparador simulado (una terapia inactiva hecha para parecer idéntica a la terapia activa) o ninguna intervención. Algunos diseños de ensayos clínicos, como el diseño del protocolo maestro para el cáncer de pulmón, permiten que varios medicamentos experimentales se prueben simultáneamente.
Los ensayos de un solo grupo o no aleatorizados, en los que todas las personas inscritas en un ensayo reciben la terapia experimental, son comunes en las pruebas de fase 1 y 2. Si bien los ensayos de fase 3 se aleatorizan con frecuencia para proporcionar datos más precisos sobre los resultados de seguridad y eficacia, un ensayo de fase 3 podría utilizar un solo grupo si una población objetivo pequeña hace que la realización de un ensayo aleatorizado no sea práctica. En estos casos, los investigadores deben utilizar variables como la tasa de respuesta que puedan demostrar el impacto clínico en ausencia de datos de comparación directa.