环境地球化学运用各类专门器具，采集地表、水下和空中的无机和有机样本。为确定环境样本中化学元素的含量和组合，各种成分分析仪器和质谱计、能谱仪是它的必备手段。经常采用的研究方法有下面几种。
为确定一个地方病病区环境化学组成的变异,需和非病区对比;为确定一地区的污染状况，需和清洁对照区对比等。
即紧紧抓住所瞄准的元素，研究它在环境中运动的各个环节或在各种介质中的地球化学行为。
树木年轮、冰岩心、湖泊沉积、海湾沉积、深海沉积、珊瑚、黄土、古土壤、河流泥沙、沉积岩、花粉、包裹体等都不同程度地记录下了它们形成时的环境条件，如温度、湿度、化学成分、生物量、火山喷发、地磁场、海平面和太阳活动等，因此它们可看成是环境变化的“档案”材料。不同的档案材料有不同的环境信息量和时间分辨率。有目的地研究这些档案材料，可提取出过去环境变化的宝贵信息。
