Первым инструментальным методом гранулометрического анализа был ситовой анализ, при котором анализируемый порошок или суспензия (взвесь) просеивались через набор сит с последовательно уменьшающимся размером ячеек. Это позволяет разделить смесь, содержащую частицы различного размера, на фракции, размерные границы которых определяются шагом сетки двух соседних сит. Взвешивание этих фракций позволяет построить диаграмму массового распределения частиц по размерам, на которой по оси абсцисс отложен размерный диапазон соответствующей фракции, а по оси ординат — ее массовая доля в пробе порошка (см. гранулометрический состав), таким образом строят гистограмму фракционного состава. Представление распределения частиц по размерам в виде гистограммы стало традиционным для этого вида анализа и продолжает активно использоваться при применении других методов гранулометрии. Использование ситового анализа целесообразно лишь при размерах частиц, превышающих несколько десятков мкм; для исследования более мелких частиц можно использовать седиментацию в естественном гравитационном поле или при действии центробежных сил. На скорость осаждения частиц при седиментации, и, следовательно, на результаты гранулометрического анализа данным методом оказывает большое влияние взаимодействие частиц между собой и с дисперсионной средой; анализ этих процессов является важным разделом коллоидной химии.

Наиболее распространенными методами гранулометрического анализа наночастиц являются методы динамического рассеяния света, основанные на зависимости эффективности рассеяния света дисперсионной средой от размера оптически непрозрачных частиц, входящих в состав этой среды, и методы электронной и атомно-силовой микроскопии, которые позволяют анализировать гранулометрический состав не только порошков, но также тел, состоящих из агрегированных гранул, например, пленок и керамики. Для получения достоверного распределения по размерам на основании единичных изображений в этих случаях активно используются методы статистической обработки. Гранулометрический анализ является также важным разделом металлографии, где в качестве источника информации, как правило, используется оптическая микроскопия, что ограничивает размер анализируемых объектов несколькими сотнями нанометров.