Une méthodologie analytique peut être divisée en quatre étapes séquentielles : technique, méthode, procédure et protocole. Une technique est un principe scientifique qui explique un phénomène spécifique à travers des mesures chimiques. L'adaptation d'une technique pour analyser un échantillon d'intérêt est appelée méthode. La procédure décrit les instructions pour réaliser l'analyse à l'aide d'une méthode analytique. Le protocole correspond aux directives détaillées de la procédure, qui doivent être strictement suivies pour obtenir les résultats souhaités.

Les méthodes analytiques peuvent être classées en méthodes classiques et instrumentales. Les méthodes analytiques classiques utilisent des processus chimiques humides, tels que la précipitation, l'extraction ou la distillation, pour séparer le composant d'intérêt (analyte) du reste des matériaux (matrice) dans un échantillon. Les méthodes analytiques instrumentales font appel à des instruments pour mesurer les propriétés physiques d'un analyte, telles que la conductivité, le potentiel d'électrode, le rapport masse/charge, ainsi que l'absorption ou l'émission de lumière. Une méthode analytique est choisie en fonction de l'exactitude, de la précision, de la sensibilité, de la sélectivité, de la robustesse, de la durabilité, de l'échelle d'opération, du temps d'analyse, de la disponibilité des équipements et du coût.