Важнейшим компонентом теории планирования эксперимента стало понятие «черного ящика», заимствованное из созданной в середине XX века кибернетики. Обращение к понятию «черного ящика» позволило полностью формализовать объект экспериментального исследования, абстрагироваться при планировании эксперимента от «природы» объекта.
«Черный ящик» – это объект, внутренняя структура которого в рамках решаемой задачи не интересует исследователя (и, быть может, попросту неизвестна ему). Однако исследователь может подвергать «черный ящик» воздействиям и наблюдать реакции объекта (через их внешние проявления) на эти воздействия. Хрестоматийной иллюстрацией такого подхода является работа с телевизором: чтобы использовать телевизор, нужно нажимать на кнопки и смотреть на происходящее при этом на экране. Знать внутреннее устройство телевизора телезрителю не нужно. Так можно выяснить зависимость между «входами» (кнопками телевизора) и «выходами» (демонстрируемым видеорядом телеканалов), и прекрасно понять, на какой «вход» надо нажимать, чтобы добиться от объекта требуемого «выхода».
Объект, структура которого нам полностью известна, называют «белым ящиком», «прозрачным ящиком», «открытым ящиком». Тот объект, о структуре которого у нас есть лишь некоторые предположения, называют «серым ящиком».
Классические бихевиористы, начиная с Дж.Уотсона, относились к психике именно как к «черному ящику». По-видимому, вследствие того, что у нас не существует объективного способа выполнять наблюдение психики, она так и не станет для нас «белым ящиком». Но в стремлении изучить, понять, смоделировать ученые предлагают модели психики как «серого ящика»; наиболее популярные и мощные из них предложены когнитивистами (западная психология) и сторонниками деятельностного подхода (отечественная психология).