Una metodologia analitica può essere suddivisa in quattro fasi sequenziali: tecnica, metodo, procedura e protocollo. Una tecnica è un principio scientifico che razionalizza un fenomeno specifico attraverso delle misurazioni chimiche. L'adattamento di una tecnica per analizzare un campione di interesse viene definito metodo. La procedura delinea le istruzioni per eseguire l'analisi tramite un metodo analitico. Il protocollo, invece, è la guida dettagliata sulla procedura, che deve essere rigorosamente seguita per ottenere i risultati desiderati.

I metodi analitici possono essere classificati in metodi classici e strumentali. I metodi analitici classici utilizzano i processi chimici umidi, come la precipitazione, l’estrazione o la distillazione, per separare il componente di interesse (l’analita) dal resto dei materiali (la matrice) in un campione. I metodi analitici strumentali usano degli strumenti per misurare le proprietà fisiche di un analita, come la conduttività, il potenziale dell'elettrodo, il rapporto massa-carica e l’assorbimento o l’emissione di luce. Un metodo analitico viene scelto in base all'accuratezza, alla precisione, alla sensibilità, alla selettività, alla robustezza, alla resistenza, alla scala di funzionamento, al tempo di analisi, alla disponibilità dell'attrezzatura e al costo richiesti.