地质样品分析通常是将野外采集的样品带到实验室内完成的，但对于一些特殊的地质科学研究，如交通不便地区、海洋地质调查、油气地质调查等，也可以在野外现场或小型流动（如车载、船载）实验室内完成。

根据地质研究的对象及内容不同，分析的试样也不同。①矿产资源研究。分析的对象就是煤、天然气等能源矿产，铁、锰等金属矿产，石墨、磷等非金属矿产，地下水、矿泉水等水气矿产样品。②岩石类型划分及命名的研究。需要采用岩矿鉴定的技术手段对岩石的矿物成分和结构构造进行分析。③岩石的化学分类研究。需要通过重量法、容量法、比色法等经典化学方法，以及采用X射线荧光光谱法等现代仪器分析技术进行定量测定，获取岩石中的硅、铁、铝、镁、钙、钾、钠等主要成分的含量。稀土元素及铌、钽、锆、铪、锶、铷、镍、铬、钒、钛等微量元素，可作为岩石成因的指示剂，对岩浆作用的源区特征、形成条件和演化过程等各种相关变化有更灵敏的反映，就需要对微量元素的含量进行精确测定，可采用的主要技术方法包括电感耦合等离子体质谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法等。④矿产资源的开发和矿石综合利用研究。通过物相分析，弄清矿石中主要组分和伴生有益、有害组分的赋存状态至关重要。例如铁矿石中的磁性铁、硫化铁含量，锰矿石中碳酸锰、氧化锰的含量等，根据分析的目标物不同，可采用磁选、X射线衍射分析等物理方法进行测试，也可采用不同溶剂选择性浸取的化学方法进行测试。⑤地球以及岩石、矿床等各种地质体的形成时间、物质来源与演化历史研究。是地质学研究的主要内容，已成为独立的学科——同位素地球化学，而研究需要的主要技术手段是采用高精度的质谱仪。⑥根据工程地质学、岩石力学、土力学原理，按照规定的技术程序或方法，测定岩石（体）、土（体）的物理、力学性能、变形和位移特性的试验，进行地质样品物性分析，包括密度、灰度、电阻率、自然电位等分析。

随着现代地质工作领域的不断拓展与深入，实验分析的研究对象已呈现出从单纯固体资源变为资源与环境并重，且以能源资源优先的发展趋势。地质样品分析技术也从传统的无机成分分析向有机成分分析，从宏观样品分析向微观的微区原位及微结构微形貌分析，从单纯元素含量分析向赋存状态分析、元素形态分析、同位素组成分析，从单元素化学分析向以大型仪器为主的多元素同时分析，从实验室内精确分析向野外现场快速分析的方向拓展。