В процессе идентификации широко используются общенаучные методы: логические, математические и чувственно-рациональные. Логические методы (анализ, синтез, индукция, дедукция, аналогия) пронизывают весь процесс идентификации (например, при объяснении происхождения идентификационных признаков, причин их разного проявления, при оценке значимости и т. д.). Чувственно-рациональные методы (наблюдение, описание, сравнение, эксперимент) используются, главным образом, в стадии раздельного и сравнительного исследования.
Из частнонаучных методов в наибольшем объеме используются физические методы (микроскопические, спектральные и т. д.), а также химические, биологические, методы математической статистики и теории вероятности, компьютерные технологии и др.
Специальные методы, разработанные для целей идентификации, чаще применяются в стадии сравнительного исследования. Это, например, методы наложения (совмещение прозрачных изображений), аппликации (наложение непрозрачных фотоизображений), совмещения (плоскостных и профильных изображений микроследов на пулях и гильзах и др.), метод координатных сеток, применяемый при идентификации по чертам внешности, современные методы сравнения, основанные на использовании оптоэлектронной, голографической я других видов сложной техники; специально разработанные для целей криминалистической идентификации пакеты компьютерных программ. Многие перечисленные выше фотографические методы сравнения в настоящее время все чаще заменяются компьютерным моделированием и другими методами компьютерных технологий.
