Một dạng của phương pháp bình phương nhỏ nhất thông thường, trong đó tất cả các biến số đều được nhân với cùng một số hoặc một hàm của một trong các biến số trong phương trình. Tác dụng của cách làm này là một số kết quả quan sát được gia quyền nhiều hơn các kết quả quan sát khác trong quá trình ước lượng các tham số. Phương pháp bình phương nhỏ nhất gia quyền cũng được coi là tình huống đặc biệt của phương pháp bình phương nhỏ nhất khái quát hoá và được sử dụng để xử lý vấn đề phương sai thay đổi.