对一克样品中含有微克级(g/g)、纳克级(ng/g)乃至皮克级(pg/g)元素的测定称痕量分析，用于高纯金属、半导体等的分析测定。常用的有化学光谱法、中子活化分析法、质谱法、分光光度法、原子吸收光谱法、极谱法等。根据样品的性质和元素含量、方法的可靠性、灵敏度和检测限，来选择适合的分析方法，其中以灵敏度和检测限最为重要。痕量分析的常用方法分述如下：
化学光谱法 常用于测定高纯材料中痕量杂质，对分析99.999～99.9999％纯度材料,效果好，测定下限可达[kg2]g[kg2]至ng级。此法须先用液-液萃取、挥发、离子交换等技术分离主体，富集杂质，再对溶液干渣用高压电火花或交流电弧光源进行光谱测定；或在分离主体后，把溶液浓缩到2～5ml，用高频电感耦合等离子体作光源进行光谱测定。
中子活化分析法 高纯半导体材料的主要分析方法之一。用同位素中子源和小型加速器产生的通量为10厘米·秒以上的中子流辐射被测定样品。中子与样品中的元素发生核反应，生成放射性同位素及γ射线。例如 Si+n→Si+γ。用探测器和多道脉冲高度分析器来分析同位素的放射性、半衰期及γ射线能谱，就能鉴定出样品中的痕量元素。中子活化分析法的主要优点是灵敏度高于其他痕量分析方法，可在ppm或ppb的范围内测定周期表中的大部分元素；使用高分辨率的Ge(Li)半导体探测器和电子计算机可显著提高分析速度；样品用量少并不被污染和破坏；同时能分析多种元素。对于中子吸收截面非常小，产生的同位素是非放射性的、或放射性同位素的半衰期很长或很短的元素，不能用此法分析。
质谱法 利用射频火花离子源双聚焦质谱计测定高纯度材料中痕量杂质，其优点是：灵敏度高，测定下限达g至ng级，一次可分析70多个元素。如有标样，可进行高纯金属和半导体定量分析、粉末样品或氧化物（制成电极后需镀导电高纯银膜）的分析；如无标样，采用加入内标元素的方法也可进行定量分析。若粉末样品或溶液样品的分析与同位素稀释法技术结合，可不需标样进行定量分析，并可提高分析的灵敏度和准确度。
分光光度法 用被测定元素的离子同无机或有机试剂形成显色的络化物，元素的测定下限可达[kg2]g[kg2]至ng[kg2]级。在无机痕量分析中还常用化学荧光（发光）法测定某些元素,例如Ce、Tb、Ca、Al等。新合成有机荧光试剂,如吡啶-2，6-二羧酸，钙黄绿素等，都有良好的选择性和灵敏度，测定下限小于0.01g。
原子吸收光谱法 有较好的灵敏度和精密度，广泛应用于测定高纯材料中的痕量元素。用火焰原子吸收光谱进行分析时，除用空气-CH火焰外,还可用NO-CH火焰以扩大分析元素的数目。近年来，又发展出无火焰原子吸收光谱法，把石墨炉原子仪器应用于痕量元素分析。原子吸收光谱分析由于化学组分干扰产生系统误差，也由于光散射和分子吸收产生的背景信号干扰，短波区比长波区大；无火焰法比火焰法严重。为提高痕量元素测定的可靠性，采用连续光源氘灯和碘钨灯等以及塞曼效应技术校正背景，并与阶梯单色仪相结合以改进波长的调制，效果更好。此外，痕量分析中还应用原子荧光技术。
极谱法 采用电化学分析法进行痕量元素测定，除用悬汞电极溶出伏安法测定 Cu、Pb、Cd、Zn、S等元素外，近年来发展了玻璃碳电极镀金膜溶出伏安法测定某些重金属元素。另外用金(或金膜)电极测定As、Se、Te、Hg等元素。膜溶出伏安法可进行阳极溶出，也可进行阴极溶出,测定下限可达1～10ng，将溶出伏安法与微分脉冲极谱技术相结合，可大大提高灵敏度和选择性。