חומרי הדגימה מסווגים לשלושה סוגים עיקריים: מוצק, נוזל וגז.

דגימות מוצקות כוללות מגוון חומרים, כגון משקעים מגופי מים, קרקע, מתכות ורקמות ביולוגיות. שתי שיטות מקובלות להפקת משקעים מגופי מים הן דגימת אחיזה ודגימת בוכנה. דגימת אחיזה כוללת שימוש במכשיר לאיסוף דגימת משקע נפרדת מקרקעית גוף המים עם הפרעה מינימלית. דגימות אחיזה אינן תמיד מייצגות את כל האזור עקב שונות מרחבית (שונות בין מיקומים שונים). דגימת בוכנה היא שיטה המשמשת להפקת עמוד רציף של משקע, שמאפשר ניתוח שינויים לאורך זמן בשכבות המשקע.

ניתן לאסוף דגימה מגופי מים עיליים כמו אגמים או נהרות באמצעות בקבוק דגימה נקי. יש לטבול את הבקבוק לעומק הרצוי כדי למזער זיהום. דגימת דם מתבצעת בדרך כלל באמצעות מזרק המוחדר לווריד לצורך שאיבת נפח דם מסוים. לאחר מכן, הדגימה מועברת למכלים המתאימים לצורך ניתוח נוסף. דגימת שתן כוללת שימוש במכל נקי לאיסוף נפח שתן מסוים. דגימת השתן מועברת לאחר מכן למכלים המתאימים לניתוח. שפכים תעשייתיים הם לרוב נוזלים הטרוגניים המכילים מגוון כימיקלים ומזהמים. דגימת שפכים כאלה מחייבת בדרך כלל שימוש בדוגם אוטומטי, מכשיר שנועד לאסוף דגימות במרווחי זמן קבועים. מכשיר זה מתוכנת לאסוף דגימות מייצגות במרווחי זמן מוגדרים מראש, לצורך ניתוח מקיף של הרכב השפכים.

בדגימת גזים, משתמשים לעיתים קרובות בסופחים מוצקים, כמו פחם פעיל, כדי לספוח באופן בררני תרכובות מטרה מזרם הגז. את התרכובות שספחו על הפחם הפעיל ניתן לחלץ באמצעות שיטות דיסורפציה שונות, כמו חימום או מיצוי ממס. בהתאם לתרכובת הספציפית ולמידע הנדרש, ניתן לנתח את התרכובות שחולצו באמצעות טכניקות אפיון כגון ספקטרוסקופיה או כרומטוגרפיה.