这是选矿过程的关键作业（或称主要作业）。它根据矿物的不同性质，采用不同的选矿方法，如浮选法、重选法或磁选法等等。
1、重力选矿
重力选矿简称重选。它是根据矿物比重不同及其在介质中具有不同的沉降速度来进行分离矿物的一种选矿方法。
在重选过程中，用作分选介质的有水、空气、重液和悬浮液。重液是比重大于水的液体，悬浮液是由水和悬浮于其中的固体颗粒组成的两相液体。重选过程都是在介质中进行的。
从物理学得知：在真空中性质不同（比重、体积、形状等）的物体，它们的运动状态（运动的方向、速度、加速度等）完全相同，因此，不可能依据重力的作用使它们彼此分开。然而，在介质中则完全不同，由于介质对运动的物体产生浮力和阻力，性质不同的物体的运动状态将出现差别。为此，可以把它们彼此分离。
2、浮选
浮选是利用矿物表面物理化学性质的不同来分选矿物的选矿方法。
现代工业广泛应用泡沫浮选法，其特点是：矿粒选择地附着于矿浆中的空气泡上，升随之上浮到矿浆表面，达到有用矿物和脉石矿物或有用矿物之间的分离。
浮选过程一般包括下列作业：
（1）矿石细磨，使有用矿物达到解离。这一作业通常由磨矿机配合分级机完成。
（2）调整矿浆浓度，适合浮选要求。在多数情况下，浮选前分级溢流浓度符合浮选要求，故该作业可省略。
（3）浮选矿浆加药处理。该作业一般在搅拌槽中进行。充气浮选和矿化泡沫的分离。在浮选机中进行。
（4）矿浆经加药处理后的第一次浮选作业通常称粗选。
在粗选所得矿化泡沫中，虽然富集了大量有用矿物，但经常还混杂有脉石矿物及其它杂质，通常还要对这种粗选矿化泡沫进行一次或多次再选，这种粗选泡沫进行再选的作业称精选。最后一次精选作业所得的泡沫产品叫精矿。在粗选作业排出的矿浆中，往往还残留有一定量的有用矿物，需要进行再选回收，这种再选作业称为扫选。精选作业排出的矿浆和扫选产品处理作业。
主要包括精矿脱水和尾矿处理。精矿脱水通常由浓缩、过滤、干燥（有时需要）三个阶段组成。尾矿处理通常包括尾矿贮存和尾矿水处理。
作业获得的泡沫产品通常称为中矿。中矿通常返回前面某一浮选作业再选，在特殊情况下，也可单独浮选。粗选一般为一次，精选和扫选可以有多次作业。最后一次扫选作业排出的矿浆称为尾矿。
一般浮选是将有用矿物浮入泡沫产物中，将脉石矿物留在矿浆中 ，这样的浮选过程称正浮选。反之，浮起的是脉石矿物的浮选过程称反浮选。
3、磁选
磁选是在不均匀磁场中，利用矿物之间磁性的差异使不同矿物实现分离的一种选矿方法。磁选法是分选黑色金属矿石，特别是磁铁矿石和锰矿石的主要方法；磁选法在有色和稀有金属矿石选矿中应用也相当广泛。并在非金属矿物原料的选矿、冶金产品的处理等等，磁选法也得到了应用。随着高梯度磁选、磁流体选矿、超导强磁选等的发展，磁选法的应用已扩大到化工、医药、环保等领域中。
4、电选
电选是在高压电场中利用矿物的电性差异使矿物分离的一种选矿方法。它是细粒矿物重要选矿方法之一。电选有着广泛的用途，电选可用于：有色、黑色、稀有金属矿石的精选；非金属矿石和粉煤的分选；陶瓷、玻璃原料和建筑材料的提纯；工厂废料的回收；谷物、种子、食品的精选；矿石和其它物料的分级和除尘等。
5、化学选矿
随着现代工业的迅速发展，人类对自然矿产资源的需求量日益增加，而地壳中的富矿、易选矿的储量则因长期开发利用而日趋减少。大地向人类提供的矿石，其品位日贫，粒度日细，成分日杂。很多难选矿石，采用常规的机械选矿法，无法解决，而采用化学选矿或化学选矿与机械选矿联合方法进行处理，能有效地、合理地提取其中的有价成分，并获得较高的经济效益。
化学选矿法（又称矿物原料化学处理）是基于矿物和矿物组分的化学性质（如热稳定性、氧化还原性、溶解性、离子半径差异络合性、水化性和荷电性等）的差异，利用化学方法改变矿物组成而使其有用组分富集的矿物加工过程。它是处理和综合利用某些贫、细、杂难选矿物和选冶过程中，某些难处理中间产品的有效方法之一，也是使未利用资源的资源化和解决三废（废水、废渣、废气）处理，变废为宝及保护环境的重要方法之一。在处理对象和目的方面，它和机械选矿方法相同，都是处理原矿和使组分富集及综合利用矿物资源。
但其应用范围较机械选矿宽，除原矿外，还可处理某些中间产品，机械选矿的尾矿以及可以从三废中回收有用组分。而在方法原理和产品形态方面则与机械选矿法不同，机械选矿法是仅利用矿物的物理性质或物理化学性质的差异而不改变矿物组成的分选过程。而化学选矿是利用矿物及其组分的化学性质的差异而改变矿物组成的分选过程。前者是得到矿物精矿，后者是得到化学精矿。
在一般情况下，二种精矿皆需送冶炼处理才能得到金属。化学选矿法在原理上与处理矿物精矿的经典冶金（水冶和火冶）有许多相似之处，都是利用化学、物理化学和化工的基本原理解决矿物加工中的有关工艺问题，但其处理对象、产品形态和具体工艺过程又有很大差异，化学选矿处理的原料中有用组分含量低，各组分共生关系密切，组成复杂，有害杂质含量高，一般只得到化学精矿，而冶炼处理的原料为矿物精矿，组成简单，得到的产品可供用户直接使用。
因此，化学选矿可看成是介于机械选矿和冶金处理的过渡性学科。
