L'étude d'une œuvre d'art commence généralement par une observation et des clichés photographiques en lumière directe, lumière rasante, sous rayonnements ultraviolet et infrarouge.
L'observation au microscope optique et au microscope électronique à balayage
Le pouvoir grossissant du microscope, qu'il soit optique ou électronique (jusqu'à 100000x) est mis à profit pour étudier les détails microscopiques de prélèvements et de petits objets.
La radiographie permet l'exploration de l'intérieur de l'œuvre afin d'établir un diagnostic sur son état. Elle révèle aussi bien l'armature métallique d'une statue que les hésitations du peintre, les repentirs et les changements dans la composition.
Le rayonnement infrarouge traverse les couches picturales ou les glacis et permet de mettre en évidence le dessin sous-jacent réalisé au noir de carbone. La réflectographie infrarouge est employée, par exemple, pour déterminer le dessin préparatoire, les indications de mise en couleur, et éventuellement d'attribuer une œuvre par la mise en évidence d'une signature.