Многоуровневые независимые переменные позволяют проверять более детализованные экспериментальные гипотезы. Последние создаются на основе моделей и теорий, объясняющих, каким образом ступенчатые изменения независимой переменной приводят к изменению зависимой переменной. Так, на основе сканирующей модели мнемического поиска была выдвинута гипотеза о том, что одинаковые по абсолютной величине приросты объема запоминаемого материала будут сопровождаться примерно равными абсолютными приростами времени поиска: гипотеза «абсолютно-абсолютных» отношений. При исследовании связи между числом альтернатив и временем реакции проверялась гипотеза «относительно-абсолютного» отношения: при каждом увеличении количества альтернатив в одно и то же число раз будет наблюдаться увеличение времени реакции на одну и ту же абсолютную величину. Эта гипотеза была основана на модели наиболее эффективного способа принятия решения. На основе теоретического представления о том, как сенсорные органы превращают физическую энергию стимула в нервное возбуждение, была предсказана гипотеза «относительно-относительного» отношения между величиной поднимаемого веса и субъективным ощущением тяжести. Во всех перечисленных случаях результаты подтверждали гипотезу: при выборе, на осях соответствующих шкал получалась линейная зависимость между независимой и зависимой переменной.

В многоуровневых экспериментах могут быть использованы и ранее описанные экспериментальные схемы. Для межгрупповой схемы существует практическая трудность: она состоит в необходимости привлекать слишком большое количество испытуемых. Внутрииндивидуальный контроль наиболее пригоден в случаях, когда предъявляются в случайном порядке короткие пробы па различных уровнях в большом наборе проб. Когда же каждая проба длительна, как это обычно и бывает при использовании внутрииндивидуального уравновешивания, в многоуровневом эксперименте возникает практическая трудность: необходимость затраты слишком большого времени на каждого испытуемого.