I materiali di campionamento sono classificati in tre tipi principali: solido, liquido e gas.

I campioni solidi includono una varietà di sostanze, come sedimenti da corpi idrici, terreno, metalli e tessuti biologici. Due metodi standard per estrarre i sedimenti da corpi idrici sono: il campionamento a pinza e il carotaggio a pistone. Il campionamento a pinza prevede l'uso di un dispositivo per raccogliere un campione di sedimento discreto dal fondo di un corpo idrico con un disturbo minimo. I campioni a pinza non sono sempre rappresentativi dell'intera area a causa della variabilità spaziale (variazione tra diverse posizioni). Il carotaggio a pistone è un metodo usato per recuperare una colonna continua di sedimento che consente di analizzare i cambiamenti nel tempo all'interno degli strati di sedimento.

Un campione può essere raccolto usando una bottiglia di campionamento pulita per i corpi idrici superficiali come i laghi o i fiumi. La bottiglia dev’essere immersa alla profondità desiderata per ridurre al minimo la contaminazione. Per il campionamento del sangue, di solito, si utilizza una siringa inserita in una vena per prelevare un volume di sangue specifico. Il campione viene quindi trasferito nei contenitori appropriati per effettuare ulteriori analisi. Il campionamento delle urine prevede l'uso di un contenitore pulito per raccogliere un volume di urina specifico. Il campione di urina viene quindi trasferito in contenitori adatti per l'analisi. Gli effluenti industriali sono spesso dei liquidi eterogenei contenenti i vari prodotti chimici e gli inquinanti. Il campionamento di tali effluenti richiede, di solito, un campionatore automatico, un dispositivo progettato per raccogliere campioni a intervalli regolari. Questo dispositivo è programmato per raccogliere i campioni rappresentativi a intervalli di tempo predeterminati, analizzando in modo completo la composizione dell'effluente.

Per il campionamento del gas, i sorbenti solidi come il carbone attivo, sono comunemente utilizzati per adsorbire selettivamente i composti target da un flusso di gas. I composti adsorbiti sul carbone attivo possono essere estratti tramite vari metodi di desorbimento, come il riscaldamento e l'estrazione tramite solvente. A seconda del composto specifico e delle informazioni necessarie, i composti estratti possono quindi essere analizzati usando delle tecniche di caratterizzazione come la spettroscopia o la cromatografia.