採集受污染水體的水樣，通過分析測定，以獲得水體污染的基本資料。供分析用的水樣應具有代表性，能反映水體的化學組成和特徵。採樣的方法、位置、時間、次數等都是根據水體特點和分析目的決定的。
河水採樣 供分析河流天然水化學成分的水樣，一般在水文站測流斷面中泓水面下0.2～0.5米採取，斷面開闊時應當增加採樣點。岸邊採樣點須設在水流通暢處。必要時還可在不同深度分層取樣。採樣次數根據水情情變化，均勻分佈於不同時期和不同流量。豐水期、平水期、枯水期均應佈設測次。洪水徑流量占年徑流量比重很大的河流，應增加洪水期采樣。小洪峰取峰頂水樣，大洪峰取漲水、峰頂、落水水樣。進行河流水質野外調查時，應在順直河道主流位置取樣。否則，也應盡量遠離岸邊，在流速較大地點采樣。
分析污水化學成分用的水樣，參照上述方法采取。研究水污染規律及其特點時，應增設采樣斷面，並應在重要污染源(大城市、工業區等)附近的河道上遊和下遊以及遠離污染源的下遊分別設置對照斷面、污染斷面和凈化斷面，以瞭解未受污染河段和受污染河段的水質情況，以及水質凈化趨勢。大河的污染斷面，設左岸、河心、右岸三條采樣垂線；對照斷面、凈化斷面以及小河的污染斷面可隻設河心垂線。每條垂線一般都采表層水樣；河心垂線也可分層采樣或混合采樣。
海水采樣 一般在海洋調查過程中進行采樣，有大面觀測、斷面觀測和連續觀測三種基本方式。大面觀測是在調查海區佈設若幹個采樣點，在一定時間內同時采樣。斷面觀測是在調查海區佈設幾個有代表性的斷面，在斷面上佈設若幹個采樣點，在一定時間內各點分別采樣。連續觀測是在調查海區佈設有代表性的測站，根據任務要求，按一定時間間隔連續采樣1天以上。不論何種方式，采樣點應事先標在海圖上，並在采樣過程中加以校正。觀測的層次應根據所調查海區的水深、水質垂直變化和調查目的而定。一般原則是：淺層密些，深層疏些；水質變化大的密些，變化小的疏些。國際物理海洋學協會(IAPO)1936年提出的標準觀測層次（以米計）是：0，10，20，30，50，75，100，150，200，(250)，300，400，500，600，(700)，800，1000，1200，1500，2000，2500，3000，4000，以下每千米加一層。加括號的采樣層次可酌情取舍。中國國傢海洋局1975年頒佈的海洋調查規范中擬定的采樣層次如表所示。
海水采樣層次（單位：m）
湖水采樣 在水面開闊的湖泊和水庫的采樣，可仿照海水采樣方式進行。淺的湖泊或水庫可設樁固定測船，定期采樣。在進出水道的控制斷面設置采樣垂線或采樣點。水庫采樣還應考慮水庫運轉的特點。
采樣器 采集水體表層水樣時可用專用器皿或水盆、吊桶等。采集深層水樣用不同型式的帶有測深設施的采樣器。
陸地水體的水質采樣器大多為瓶式，由采水容器和輸水管道、測深繩索等組成。采水容器用化學穩定性良好的玻璃瓶或聚四氟乙烯或聚乙烯塑料瓶，瓶口備有磨口玻璃塞或塑料蓋，以防止泄漏或滲入雜質。普通瓶式采樣器是將容積為200～300毫升的細口玻璃瓶置於金屬框架中，底部裝加重鉛塊，框架和瓶塞分別用帶有深度標志的繩索和細繩系牢。采樣時將采樣器放至規定深度，卷起細繩，打開瓶塞，使水樣進入瓶中即可。這種采樣器結構簡單，使用方便。但水樣與空氣接觸，影響水中溶解性氣體的測定。為避免這一缺點，可采用串聯瓶式采樣器（圖1）。它是由兩個或幾個采水容器用輸水管道串聯而成。A瓶水樣供測定溶解性氣體用，B瓶水樣供測定其他項目用。如在B瓶排氣口配備抽氣裝置，可縮短采樣時間，提高樣品質量。
深層海水的采樣器有多筒采樣器、絕緣采樣器和顛倒式采樣器。其采水容器多為金屬銅管，內壁鍍貴金屬，以避免因腐蝕而影響水樣的化學性質。一般須在容器內壁加環氧樹脂、聚四氟乙烯或尼龍塗層，最好用聚四氟乙烯或聚乙烯塑料或玻璃的采水容器。多筒采樣器是把8～12個采水筒排列於金屬框架上，可連續采集不同水深的樣品。絕緣采樣器是用絕熱材料制成的套筒作為采水容器，進入內外筒之間的海水也可起到絕熱作用。顛倒式采樣器使用較多。南森式顛倒采樣器（圖2）使用更為廣泛，其中裝有挪威海洋學傢F.南森研制的采水容器。這種采水容器是一個兩端有活門的銅質圓筒，兩個活門用金屬桿聯動，可同時開關。筒壁上設有水龍頭和氣門，供取水樣用。中國1975年的海洋調查規范中要求使用的HQM1型顛倒采水器就屬於這種類型。
測定微量元素用的海水水樣如用量很大，往往利用真空泵、離心泵、渦輪泵或者噴嘴等設備抽水，通過離子交換樹脂或其他吸附劑使待測元素濃集，回收後進行解吸處理再進行分析測定。