在材料的组成研究中，对金属材料和无机非金属材料的主量和痕量元素的测定，应用较为普遍的方法有原子光谱法、分子光谱法、电化学法和常规化学法；对高分子的分析，则需要有诸如常规的有机化合物的元素分析、红外光谱、核磁共振、质谱、荧光光谱拉曼光谱等方面的配合。对其结构研究，通常以光学显微镜观察其基体组织及形貌；以工业CT观察其材料内部的微孔洞、裂纹和夹杂物的形态；以透射电镜观察其断口形貌、析出相的形态，借助于能谱或波谱检测，还可给出各相的大致成分；以x射线衍射和选区电子衍射法，鉴定第二相的晶体结构、取向和应力；电子探针能将相的形貌与成分联系起来，可表征微区域成分的相对变化；X射线光电子能谱、X射线荧光光谱、X射线衍射技术，可研究材料的晶态、异构观像及其中元素的价态；自射线摄照技术用以研究元素及其形成相在基体中的分布；热分析可了解材料晶体和无定形结构的关系：质谱能精确地测定有机高分子的分子量、给出分子式和其他机构信息；核磁共振波谱、质谱与色谱的联用、质谱自身的串联、激光拉曼光谱与红外光谱研究有机结构：傅里叶变换一红外光谱和色谱的联合，被誉为鉴定有机结构的“指纹”；激光微探针质谱可获得有机物元素的局部形态和有机物的机构信息；以电子能谱、二次离子质谱、脉冲激光原子探针、俄歇电子能谱、X射线光电子能谱、X射线衍射和X射线吸收精细结构技术等，研究表面与异质界面原子的几何结构，表面与界面原子的迁移和扩散，表面电子态、异质界面化学键，异质界面扩散反映和界面化合物的形成动力学，异质界面的浸润性、薄膜形成机制和界面失效等等。
    复合材料是有一种或几种材料组分与令一种材料组分结合成的多相组合体。它既可以是金属、无机非金属、有机高分子材料各相间的复合，也可以是相互间的复合。因此，对复合材料的结构研究，则主要是对其各组成相间结合状态的研究。其研究方法也是上述各有关方面的综合。
    在理化检测领域中，尚有一门研究金属材料中第二相的类型、结构、组成、数量、形态、分布状态及合金元素在相际间的分配，进而建立其合金系同相组成以及相组成同合金性能之间的关系，并可应用于他类材料的物理一化学相分析科学。在材料研究的过程中，一方面，其材料的确切组成、结构和性能结果的获得是通过理化检测研究和测试工作所完成的；另一方面，其材料的组成、结构和性能之间相互关系及其变化期律的研究与确立，也是通过理化检测研究和测试工作的参与而得以实现的。由此可见，理化研究和测试工作是材料研究的重要组成部分。不难想象，如果没有理化检测对材料的组成、结构和性能及其它们之间相互关系的参与研究与检测，材料的研究就无法进行；进而材料的组成、结构和性能之间的关系及其变化规律就无法确立，材料科学就不能发展。