水環境監測分析主要有化學方法、物理方法和生物方法等三種手段。前兩種方法在環境監測部門應用較普遍。化學方法有化學分析法和儀器分析法兩種，化學分析法以物質的化學特性為基礎，適用于常量分析，設備簡單，準確度高，但操作比較費時；儀器分析法以物質的物理或物理化學特性為基礎，使用特定儀器分析，常用的有比色分析、分光光度分析、原子吸收光譜分析、色譜分析、電位分析、極譜分析和質譜分析等。這些方法適用于快速分析和微量分析，但設備昂貴、樣品前處理較復雜、不能進行野外分析。物理方法（如遙感技術）一般只能作定性描述，必須與化學方法相配合，才能快速、大范圍地描述水體的狀況。
生物方法是根據生物與環境相適應的原理，通過測定水生生物的變化，間接判斷水質。比較常用的方法有：
1、指示生物法。指示生物指在一定的水環境中生活、當水環境質量發生變化時便敏感地呈現出受害癥狀甚至消亡的生物。觀察和測定指示生物個體和種群的變化，可以比較準確地判斷出環境質量狀況。
2、群落結構法。群落結構指存在于自然界一定范圍(或地域)內互相依存的一定種類的動物、植物和微生物的組成。監測水生生物的這種群落結構的變化可判斷水質狀況。
3、生物測試法。即利用水生生物受到污染物的毒害后，產生生理機能變化的癥狀來判斷水體污染狀況。
4、殘毒測定法。生物從環境中吸收各種污染物質，經過體內遷移、轉化和再分配，以殘毒形式蓄積在生物體內。生物體內的殘毒含量往往比周圍環境中的相應含量高好多倍。測定生物體內的殘毒含量，可判斷水受污染的狀況。