Вимірювання можна класифікувати за багатьма ознаками.
За наявністю розмірності фізичної величини вимірювання поділяють на абсолютніта відносні.
Абсолютне вимірювання – вимірювання, що ґрунтується на прямих вимірюваннях однієї або кількох основних величин і (або) використанні значень фізичних констант.
Відносне вимірювання –вимірювання зміни величини відносно однойменної величини, взятої за вихідну.
За характером відшукання значення фізичної величини вимірювання класифікують на прямі, опосередковані (непрямі), сукупні, спільні, статичні та динамічні.
Найбільш простий випадок фізичних вимірювань - це прямі вимірювання. У цьому випадку значення фізичної величини знаходять безпосередньо в процесі вимірювань. До таких вимірювань можна віднести вимірювання маси, довжини, часу, температури та ін.
Значу кількість фізичних величин (модуль Юнга, коефіцієнт Пуассона, модуль зсуву, коефіцієнт інтенсивності напруженьта ін.) не можна встановити безпосереднім вимірюванням. Значення шуканої фізичної величини в цих випадках вираховують за певними рівняннями, що пов’язують дослідні дані, можливих, прямих вимірювань з шуканими: . Такі вимірювання називають опосередкованими (непрямими).
Сукупні вимірювання – одночасно виконані вимірювання кількох однойменних величин. Їх застосовують при дослідженні однорідних фізичних величин. Наприклад, при калібруванні гир дійсне значення для однієї гирі знаходять за допомогою порівняння з еталоном. Інші гирі порівнюють між собою і дослідженою гирею.
До спільних вимірюваньзвертаються тоді, коли потрібно дослідити залежності однієї фізичної величини від іншої. Наприклад, досліджуючи видовження стрижня від впливу зміни температури, одночасно вимірюють довжину стрижня і його температуру; досліджуючи зміну опору резистора від температури, також одночасно вимірюють його опір і температуру. У цьому разі шукають залежність одного параметра від другого у вигляді: .
Під статичним вимірюванням розуміють такий режим засобів вимірювання, при якому вихідний сигнал вважається незмінним протягом часу, достатнього для відліку показів вимірювальних приладів. Прикладом статичних вимірювань можуть бути вимірювання довжини, маси, значень постійного струму, опору тензорезистора та ін.
Під динамічним розуміють режим вимірювання, при якому вихідний сигнал змінюється з часом. Прикладом динамічних вимірювань можуть бути вимірювання значень довжини тріщини, що поширюється, встановлення швидкості поширення пружних хвиль у твердому тілі, знаходження частоти власних коливань та ін.