การอนุมานจะเรียกว่าสมเหตุสมผลทางภายใน ถ้าได้แสดงความเป็นเหตุและผลของตัวแปรสองตัว อย่างถูกต้องสมควร[2][3]การอนุมานโดยเหตุและผล สามารถทำได้กับความสัมพันธ์ที่ผ่านกฎเกณฑ์ 3 อย่าง คือ

1. "เหตุ" เกิดก่อน "ผล" ตามกาลเวลา (temporal precedence)
2. "เหตุ" สัมพันธ์กับ "ผล" (มีความแปรปรวนร่วมเกี่ยว หรือ covariation)
3. ไม่มีคำอธิบายอย่างอื่นที่จะอธิบายความแปรปรวนร่วมเกี่ยวนั้น (nonspuriousness)[3]

ในการทดลองทางวิทยาศาสตร์ นักวิจัยมักจะจัดแจงค่าของตัวแปรอิสระ (independent variable) เพื่อจะดูว่ามีผลอะไรต่อตัวแปรตาม (dependent variable)[4]ยกตัวอย่างเช่น นักวิจัยอาจจะให้ยาไม่เท่ากันแต่ละครั้งระหว่างคนในกลุ่มทดลองต่าง ๆ เพื่อจะดูว่ามีผลอะไรต่อสุขภาพในกรณีนี้ นักวิจัยต้องการที่จะอนุมานโดยเหตุผล ว่าเหตุคือขนาดการให้ยาเท่าไร จึงจะมีผลคือความเปลี่ยนแปลงที่สังเกตเห็นและเมื่อนักวิจัยสามารถอ้างว่า การเปลี่ยนแปลงที่เห็นซึ่งก็คือตัวแปรตาม มีเหตุมาจากขนาดการใช้ยาซึ่งก็คือตัวแปรอิสระ และสามารถกำจัดสมมติฐานแข่ง (rival hypotheses คือคำอธิบายอื่นที่แสดงเหตุอื่น) ได้ การอนุมานโดยเหตุผลเช่นนี้จึงเรียกว่าสมเหตุสมผลภายใน[5]

แต่ว่า ในกรณีหลาย ๆ กรณี ค่าผลต่าง (Effect size) ที่พบในตัวแปรตามอาจจะไม่เพียงแค่อาศัยสิ่งเหล่านี้ คือ

• ค่าความต่างของตัวแปรอิสระ
• กำลังทางสถิติ (Statistical power) ของเครื่องวัดที่ใช้ และวิธีการทางสถิติที่ใช้วัดและตรวจจับผลที่เห็น
• วิธีทางสถิติที่ใช้ในการวิเคราะห์

แต่อาจจะมีตัวแปรหรือสถานการณ์ที่ไม่ได้ควบคุมหรือควบคุมไม่ได้ ที่มีผลเป็นคำอธิบายเพิ่มเติมหรืออีกอย่างหนึ่งสำหรับ (1) ผลที่พบ (2) ค่าผลต่างที่พบ ดังนั้น ความสมเหตุผลภายในจึงเป็นระดับค่าต่าง ๆ ไม่ใช่เป็นเพียงแค่ความสมเหตุผลหรือความไม่สมเหตุผลเพื่อที่จะให้สามารถอนุมานได้พร้อมกับความสมเหตุผลในระดับสูง จะต้องให้ความระมัดระวังในการออกแบบงานศึกษาทางวิทยาศาสตร์กฎทั่ว ๆ ไปก็คือ ข้อสรุปจากค่าสหสัมพันธ์ที่ได้โดยปริยาย อาจจะมีระดับความสมเหตุสมผลภายใน น้อยกว่าข้อสรุปที่ได้โดยการจัดแจงค่าตัวแปรอิสระโดยตรงและถ้ามองจากมุมมองของความสมเหตุสมผลภายใน การออกแบบการทดลองที่มีระดับการควบคุมสูง (เช่น การเลือกตัวอย่างโดยสุ่ม การจัดเข้ากลุ่มทดลองและกลุ่มควบคุมโดยสุ่ม เครื่องมือเครื่องวัดที่เชื่อถือได้ กระบวนการจัดแจงที่เชื่อถือได้ การป้องกันหลีกเลี่ยงตัวแปรกวน) อาจจะเป็นมาตรฐานทอง (gold standard) ของงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์แต่ว่า กลยุทธ์ที่ใช้ในการควบคุมองค์ประกอบเหล่านี้ อาจจะมีผลจำกัดความใช้ได้ทั่วไป คือความสมเหตุสมผลภายนอก ของผลที่พบ