原子光谱法包括发射光谱法（AES），吸收光谱法（AAS）和荧光光谱法；可以进行定性和定量分析，分析速度快，检出限低，选择性好。常用于分析铷、铯等碱金属和镓、铟、铊等稀散金属，也可以分析半金属，但灵敏度较低。发射光谱法的精度主要受光源影响，常见的直读光谱仪以火花或者电弧作为激励源，可以对铁基、铜基、钛基、镁基等不同合金成分分析，具有多元素同时检测的能力，应用在广泛应用在冶金、铸造、金属加工、机械制造等领域。高端的仪器使用等离子体电感耦合（ICP）光源，可以产生10000K高温，具有极高的灵敏度和检出限，多用于非金属元素分析和痕量范围的定量分析。吸收光谱仪和荧光光度法主要精度受原子化器影响，主要有火焰原子化器和石墨炉原子化器。其中以火焰原子化器重现性好，而石墨炉原子化器的检出限更低。吸收光谱法对元素的选择性好，谱线干扰少。

X射线荧光法是种重要的无损分析方法，可用于动态过程的分析。其再现性好，散射线本底强度小，分析灵敏度高。跟原子光谱法相比，X射线荧光法受基体的影响更大，可以为表面和微区分析，分析轻元素时受散射和荧光效率的影响检出限会提高。根据分光原理的不同，X射线荧光光谱仪分为波长色散型和能量色散型两种。前者主要用于实验室定量分析。后者无需分光系统，检测器可以紧挨样品进行原位分析，不存在高次衍射谱线干扰；可以一次同时测定绝大部分金属元素含量，非常便于现场做定性判断。随着X射线管制备技术，半导体探测技术和计算机技术的改进，便携式X射线光谱仪在合金材料鉴别、废旧金属回收、矿石勘探、品位控制、珠宝鉴别、环境和土壤中重金属检测等领域都有极广泛应用。

扫描隧道显微法可以对物质本面进行原子级别的分辨，通常还配合电子束探针，进行光电子能谱和俄歇电子能谱分析，可以对表面电子分布和能级结构进行分析，多用于特殊合金的表面相和催化过程的研究。原子质谱法的光源和发射光谱法相同，不仅可以用于超痕量分析，还可以进行同位素测量，具有最高的灵敏度和最低的检出限。热重分析可以对易分解组分和灰分含量进行测定，也用于研究高温下物理化学反应过程。