Metodika povrchu odezvy (RSM) zkoumá vztahy mezi několika vysvětlujícími proměnnými a jednou nebo více proměnnými odezvy. Metodu zavedli G. E. P. Box a K. B. Wilson v roce 1951. Hlavní myšlenkou RSM je použít
sekvenční experimentální postup k získání optimální odezvy. Box a Wilson navrhují použít k tomu polynomiální model prvního stupně. Uznávají, že tento model je pouze aproximace, ale používají ho, protože takový model je snadno odhadnutelný a použitelný, i když je o procesu málo známo.
Jednoduchým způsobem, jak odhadnout polynomiální model prvního stupně, je použití faktoriálního experimentu nebo frakčního faktoriálního návrhu. To stačí k určení, které vysvětlující proměnné mají vliv na proměnnou odezvy (proměnné odezvy), které jsou předmětem zájmu. Jakmile vznikne podezření, že zbyly jen významné vysvětlující proměnné, pak lze provést složitější návrh, například centrální kompozitní návrh k odhadu polynomiálního modelu druhého stupně, který je stále přinejlepším jen aproximací. Model druhého stupně však lze použít k optimalizaci (maximalizaci, minimalizaci nebo dosažení konkrétního cíle) odezvy.
Některá rozšíření metodiky povrchu odezvy se zabývají problémem vícenásobné odezvy. Vícenásobné proměnné odezvy vytvářejí potíže, protože to, co je optimální pro jednu odezvu, nemusí být příliš optimální pro ostatní odezvy. Jiná rozšíření se používají ke snížení variability v jedné odezvě při zaměření na konkrétní hodnotu, nebo k dosažení téměř maxima nebo minima a zároveň k zabránění tomu, aby variabilita v této odezvě byla příliš velká.
Mezi významné kritiky RSM patří skutečnost, že optimalizace se téměř vždy provádí s modelem, pro který se koeficienty odhadují, ale nejsou známy. To znamená, že optimální hodnota může jen vypadat optimálně, ale být daleko od pravdy kvůli variabilitě koeficientů. Experimentální konstrukce používané v RSM musí dělat kompromisy mezi snížením variability a snížením negativního dopadu, který může být způsoben zkreslením.