มิลแกรมลงโฆษณาหนังสือพิมพ์หาอาสาสมัครมาช่วยร่วมการวิจัย โดยในตอนแรกอาสาสมัครถูกหลอกว่านี่เป็นการวิจัยเกี่ยวกับความจำและการเรียนรู้ ผู้วิจัยแกล้งปลอมตัวเป็นนักชีววิทยาอายุ 31 ปี ท่าทางเข้มงวด แต่งตัวใส่ชุดคลุมแลป ผู้ช่วยนักวิจัยทำตัวเป็นอาสาสมัครปลอม อายุ 47 ปี ท่าทางยิ้มแย้มแจ่มใสเป็นกันเอง[1]

ในห้องมีคนสามคน นักวิจัย อาสาสมัครปลอม และ อาสาสมัครจริง ในตอนแรก นักวิจัยให้อาสาสมัครจริงหยิบบัตรหนึ่งใบขึ้นมาจากหมวก แกล้งทำเป็นว่ามีโอกาส 50-50 ที่จะได้คำว่า "ผู้สอน" หรือ "นักเรียน" แต่ทว่าจริงๆ อาสาสมัครตัวจริงหยิบได้คำว่า "ผู้สอน" เพราะในหมวกมีแต่คำนั้น ในระหว่างนี้ อาสาสมัครปลอมพูดเปรยๆ ว่าเขาเป็นโรคหัวใจ

"นักเรียน" (ผู้ช่วยนักวิจัย ซึ่งเล่นเป็นอาสาสมัครปลอม) และ "ผู้สอน" (อาสาสมัครตัวจริง) ถูกพาไปคนละห้องซึ่งมองไม่เห็นกัน แต่ว่าได้ยินเสียงกัน นักวิจัย ช็อกผู้สอนด้วยกระแสไฟฟ้า 45 โวลต์ เพื่อให้ผู้สอนได้ลองสัมผัส ว่ากระแสช็อกรู้สึกอย่างไร นักวิจัยบอกผู้สอนว่า ตอนนี้นักเรียนถูกมัดนั่งอยู่บนเก้าอี้ ติดกับเครื่องช็อกกระแสไฟฟ้า ซึ่งสวิตช์อยู่ในห้องผู้สอน

นักวิจัยให้ผู้สอนอ่านคำให้นักเรียนฟังทีละคู่ หลังจากนั้นถามคำถามทดสอบดูว่า นักเรียนจำและจับคู่คำเหล่านั้นได้หรือไม่ นักเรียนมีปุ่มสี่ปุ่มให้กดตอบคำถาม ถ้านักเรียนตอบผิด ผู้สอนต้องส่งกระแสไฟฟ้าไปช็อกนักเรียน โดยเริ่มจาก 15 โวลต์เมื่อตอบคำถามแรกผิด และช็อกด้วยกระแสหนักขึ้น เป็น 30, 45, 60,... จนถึง 450 โวลต์เมื่อตอบผิดในคำถามต่อๆ ไป

ผู้สอนคิดว่าเขากำลังช็อกนักเรียนจริงๆ แต่ในอีกห้องหนึ่งนั้นนักเรียนนั่งอยู่สบายๆ ไม่ได้รับกระแสไฟฟ้า แค่แกล้งตอบผิดและทำเสียงเหมือนเจ็บปวด เมื่อกระแสไฟฟ้าเริ่มแรงขึ้น นักเรียนเริ่มเอามือทุบผนังกั้นห้อง และแกล้งร้องถึงโรคหัวใจของเขา มาถึงขั้นนี้ผู้สอน (อาสาสมัครจริง) มักจะเริ่มลังเลใจและอยากจะหยุดทำการทดลอง แต่โดยมากแล้วจะยอมทำการทดลองต่อไป เมื่อนักวิจัยบอกว่าเขาจะรับผิดชอบทุกอย่าง อาสาสมัครบางคนเริ่มหัวเราะอย่างประหม่าเมื่อได้ยินเสียงร้องโหยหวนมาจากห้องนักเรียน

หากระหว่างนั้นผู้รับการทดลองแสดงความประสงค์ยุติการทดลอง เขาจะได้รับคำสั่งต่อเนื่องจากผู้ทดลองเป็นลำดับดังนี้

1. กรุณาทำต่อไป
2. การทดลองนี้กำหนดให้คุณทำต่อไป
3. มันสำคัญอย่างยิ่งที่คุณทำต่อไป
4. คุณไม่มีทางเลือกอื่น คุณต้องทำต่อไป

ถ้าอาสาสมัครยังไม่ยอมทำการทดลองต่อ หลังจากนักวิจัยพยายามชักจูงด้วยข้อความเหล่านี้ การวิจัยก็จบลง ถ้าอาสาสมัครยอมทำการทดลองต่อไปเรื่อย ๆ สุดท้ายแล้วการทดลองจะจบลงเมื่อนักเรียนถูกช็อกด้วยกระแสไฟฟ้าสูงสุด 450 โวลต์สามครั้ง

ผู้ทดลองยังให้คำชักจูงพิเศษหากผู้สอนแสดงความเห็นเฉพาะ หากผู้สอนถามว่าผู้เรียนอาจได้รับอันตรายทางกายถาวร ผู้ทดลองจะตอบว่า "แม้การช็อกจะเจ็บปวด แต่ไม่มีความเสียหายต่อเนื้อเยื่อถาวร ฉะนั้นกรุณาทำต่อ" หากผู้สอนกล่าวว่าผู้เรียนต้องการหยุดอย่างชัดเจน ผู้ทดลองจะตอบว่า "ไม่ว่าผู้เรียนชอบหรือไม่ คุณต้องทำต่อจนกว่าเขาจะได้เรียนรู้คู่คำทั้งหมดอย่างถูกต้อง ฉะนั้นกรุณาทำต่อ"