Probenmaterialien werden in drei Hauptarten eingeteilt: fest, flüssig und gasförmig.

Feste Proben umfassen eine Vielzahl von Substanzen, wie Sedimente aus Gewässern, Erde, Metalle und biologisches Gewebe. Zwei Standardmethoden zur Entnahme von Sedimenten aus Gewässern sind die Stichprobenentnahme und die entnahme eines Sedimentskerns mithilfe des Kolbenbohrers. Bei der Stichprobenentnahme wird mit einem Gerät eine diskrete Sedimentprobe vom Boden eines Gewässers mit minimaler Störung entnommen. Stichprobenentnahmen repräsentieren aufgrund der räumlichen Variabilität (Variation an verschiedenen Standorten) nicht immer das gesamte Gebiet. Der Kolbenbohrer ist eine Gerät zur Entnahme einer kontinuierlichen Sedimentsäule, mit der sich Veränderungen innerhalb der Sedimentschichten im Laufe der Zeit analysieren lassen.

Eine Probe kann mit einer sauberen Probenflasche für Oberflächengewässer wie Seen oder Flüsse entnommen werden. Die Flasche sollte bis zur gewünschten Tiefe eingetaucht werden, um eine Kontamination zu minimieren. Bei der Blutentnahme wird normalerweise eine Spritze in eine Vene eingeführt, um ein bestimmtes Blutvolumen zu entnehmen. Die Probe wird dann zur weiteren Analyse in die entsprechenden Behälter überführt. Bei der Urinentnahme wird ein bestimmtes Urinvolumen in einem sauberen Behälter entnommen. Die Urinprobe wird dann zur Analyse in geeignete Behälter überführt. Industrielle Abwässer sind häufig heterogene Flüssigkeiten, die verschiedene Chemikalien und Schadstoffe enthalten. Die Probenahme solcher Abwässer erfordert normalerweise einen automatischen Probenehmer, ein Gerät, das in regelmäßigen Abständen Proben entnimmt. Dieses Gerät ist so programmiert, dass es in vorgegebenen Zeitabständen repräsentative Proben entnimmt und die Zusammensetzung der Abwässer umfassend analysiert.

Zur Gasprobenahme werden üblicherweise feste Sorptionsmittel wie Aktivkohle verwendet, um gezielt die gesuchten Verbindungen aus einem Gasstrom zu adsorbieren. Die an Aktivkohle adsorbierten Verbindungen können durch verschiedene Desorptionsmethoden wie Erhitzen und Lösungsmittelextraktion extrahiert werden. Abhängig von der spezifischen Verbindung und den benötigten Informationen können die extrahierten Verbindungen dann mithilfe von Analyseverfahren wie Spektroskopie oder Chromatographie weiter bestimmt werden.