按照基本未知量的不同，结构矩阵分析可分为矩阵力法和矩阵位移法，两者的基本原理分别来源于力法和位移法。由于对不同结构类型，位移法的基本体系是固定的，而且比力法更适合于计算机编程计算，因此，结构矩阵分析大多采用矩阵位移法。计算力学的有限元法在创始阶段曾得到杆系结构矩阵结构分析的启发。随着有限元法的发展，基于结构矩阵分析的有限单元法，不仅广泛应用于平面和空间杆系结构，而且也成功应用到薄板结构、薄壳结构等各类复杂结构的分析计算。

杆系结构的矩阵位移法以结点位移（对于刚结点还有转角）为基本未知量。每个结点通过杆件和相邻结点相连接，这些杆件中的内力决定于其两端结点的位移，而这些内力和外力在结点处必须满足平衡方程。对于所有结点的平衡方程就组成整体结构的矩阵形式的求解方程，也就是对于基本未知量的线性代数方程组。由此方程组即可解得各结点的位移，并进一步得到各杆件的内力。

杆系结构的位移型有限元法基本思路和矩阵位移法完全一致。随着有限元法的发展，将划分单元、离散插值的思想用于板壳、三维实体，构造了各种板单元、壳单元和三维实体单元，使各种类型的结构都可在有限元法的框架内化为矩阵分析问题。当基本未知量是位移或广义位移时，矩阵方程为

式中为广义位移分量；为作用在各结点、各广义位移自由度对应的广义力外载荷。其中的矩阵元素就是内力和结点位移关系中的比例系数，即刚度系数，而整个矩阵则称为结构刚度矩阵，或整体刚度矩阵。在矩阵方程中，基本未知量为结点位移列阵，而右端列阵为结点载荷列阵。

在进行结构矩阵分析时，必须考虑和引入支承边界条件，而这一条件可在形成整体刚度方程之前或之后处理，因而形成了先处理法和后处理法两种做法。先处理法在形成整体刚度矩阵前就考虑结构的支承条件，把已知的支座位移排除在基本未知量之外，相应地，结构的结点荷载列阵中也不包括支座约束反力。先处理法可很方便地处理有铰结点的结构、各种性质的支承结点结构及忽略轴向变形的结构。后处理法先不考虑支承条件，把已知的支座结点位移和自由结点的位移同时列入结构的结点位移列阵中，形成不受约束的原始刚度方程；然后，再根据结点的实际支承条件修正原始刚度矩阵，形成结构刚度矩阵。

以采用先处理法的矩阵位移法为例，其计算的基本步骤为：①对结构进行离散化，选取单元坐标系和结构坐标系；②对结点位移分量（即结点未知量）进行统一编码，并形成单元定位向量；③形成单元坐标系中的单元刚度矩阵；④形成结构坐标系中的单元刚度矩阵；⑤利用单元定位向量形成结构刚度矩阵；⑥形成结构的结点荷载列阵；⑦求解未知结点位移；⑧计算杆端内力和支座约束力，绘制内力图。