דגימה היא שלב קריטי בכימיה אנליטית, המאפשרת לחוקרים לאסוף נתונים מייצגים מתוך אוכלוסייה גדולה. שיטות דגימה נפוצות כוללות דגימה אקראית, שיפוטית, שיטתית, ריבודית ואשכולית.

בדגימה אקראית, לכל פריט באוכלוסייה יש סיכוי שווה להיבחר לדגימה. שיטה זו כוללת בחירה של פריטים באופן אקראי, לעיתים באמצעות מחוללי מספרים אקראיים או שיטות דמויות הגרלה. לדוגמה, בניתוח תכונות של יריעה פולימרית, ניתן לבצע דגימה אקראית על ידי חלוקת היריעה למקטעים שווים בגודל 1 ס"מ x 1 ס"מ ושימוש בטבלת מספרים אקראיים לבחירת 10 מקטעים לניתוח. שיטה זו ממזערת הטיה ועוזרת להפיק דגימה שמייצגת את כלל האוכלוסייה בצורה מדויקת.

דגימה שיפוטית, הידועה גם כדגימה מכוונת או סלקטיבית, היא שיטה לא הסתברותית שמסתמכת על שיקול הדעת או המומחיות של החוקר לבחירת פריטים או דגימות המתאימים ביותר למחקר. לדוגמה, במחקר על הצטברות ביולוגית של PCB (ביפנילים כלוריים) בדגים, החוקר עשוי לבחור לדגום רק דגים שעומדים בקריטריונים מסוימים, כמו קטנים או בעלי מראה לא בריא. שיטה זו משמשת לעיתים קרובות כאשר רשויות רגולציה דורשות קריטריונים ספציפיים להגדרת הדגימה.

דגימה שיטתית כוללת בחירת כל פריט n באוכלוסייה לאחר בחירה אקראית של נקודת התחלה. לדוגמה, במחקרים סביבתיים, ניתן להשתמש בדגימה שיטתית לאיסוף דגימות מאגם על ידי חלוקתו לרשת ולקיחת דגימות במרווחים קבועים מכל חלק, תוך הבטחת כיסוי מרחבי של האגם. שיטה זו מועילה במחקרים על מגמות מרחביות, כמו התפלגות חמצן במים.

דגימה ריבודית כוללת חלוקת האוכלוסייה לתת-קבוצות נפרדות או רבדים על בסיס מאפיינים מסוימים הרלוונטיים למחקר. לאחר מכן נבחרות דגימות באופן אקראי מכל רובד ביחס לייצוגו באוכלוסייה. לדוגמה, במחקר על חלקיקי אבק באוויר עירוני, ניתן להשתמש בדגימה ריבודית על ידי חלוקת האוכלוסייה לקטגוריות של גודל חלקיקים (למשל, עדין, גס). דגימות נלקחות מכל קבוצה כדי להעריך את תרומתן לרמות הזיהום הכוללות. שיטה זו מספקת ניתוח מדויק יותר בתוך כל תת-קבוצה ומפחיתה שגיאות דגימה.

דגימה אשכולית כוללת חלוקת האוכלוסייה לאשכולות או קבוצות, המייצגים באופן אידיאלי מיניאטורות של האוכלוסייה. נבחרים באופן אקראי כמה אשכולות, וכל מי שבתוך האשכולות הנבחרים נדגם. שיטה זו משמשת לעיתים קרובות במחקרים רחבי היקף שבהם אילוצים לוגיסטיים מגבילים את מספר אתרי הדגימה. לדוגמה, במחקר על זיהום מי תהום, ניתן לחלק אזור לאשכולות על בסיס גבולות גיאוגרפיים ולאחר מכן לבחור באופן אקראי כמה אשכולות (אזורים) לצורך דגימה של כל הבארות הזמינות בהם.