實地研究通常包括地質測繪、剖面測量和關鍵露頭觀察。無論在剖面上，還是在關鍵巖石露頭上，都要研究巖石的成分、結構、構造、產狀、分布、巖石組合、相變、與圍巖的關系(包括地層層序)、次生變化、形成時代、與礦物的關系。有時，由於研究工作的需要，有必要對其工程力學性質進行觀察和研究。在觀察和研究的基礎上，有必要采集適當的、有代表性的標本和樣品，以供進壹步分析和檢測。實地觀察和研究是壹切研究工作的基礎，必須詳細記錄。
室內研究包括巖相學特征的研究，主要利用偏光顯微鏡、傅裏葉表、X射線分析、差熱分析、電子顯微鏡等方法詳細研究巖石的礦物組成和含量，以及巖石的結構、構造和次生變化，以獲取巖石的類型、命名和成因等信息。在巖相學研究的基礎上，可以進壹步研究巖石的巖石化學和地球化學特征，利用化學分析、光譜分析、電子探針分析、質譜分析、同位素分析等方法，進壹步研究巖石的化學成分、成因、演化特征、形成時代等。巖石的，也了解巖石的含礦特征。為了更深入地認識巖石的形成機理，需要進行模擬實驗，即利用各種高溫、高壓或常溫常壓設備，研究不同條件下的物理化學平衡和轉化反應，模擬巖漿熔融、結晶、轉晶、變形、沈積成巖等過程。，從而將自然界中復雜的現象經過人工簡化後復活和再現，模擬自然界的情況(溫度、壓力、物質成分等。).
總之，巖石學的研究方法是采用觀察和測試兩種方法，即宏觀和微觀相結合，理論和實踐相結合。