Pada dasarnya, metode-metode arkeologi adalah sangat sederhana. Sebenarnya, metode-metode itu dapat dikurangi dua cara saja - stratigrafi dan tipologi.
Stratigrafi mengadakan perbedaan yang cermat di antara berbagai lapisan (atau strata) yang didiami manusia. Lapisan-lapisan ini hanya diberi nomor secara berurutan (biasanya dengan angka Romawi) dari atas ke bawah, stratum yang teratas - yang paling belakangan - adalah "Stratum I" dan seterusnya. Jumlah lapisan (strata) di suatu tempat tertentu bisa berbeda-beda, demikian juga kedalaman tiap strata itu sendiri. Sebuah tel (gundukan reruntuhan dari sebuah kota purba) bisa saja mencapai 15 sampai 22 m di atas tanah murni dan di Mesopotamia gundukan-gundukan itu sering kali melebihi ketinggian itu. Kadang-kadang sebuah gundukan hampir terus-menerus diduduki selama ribuan tahun; dan jikalau sekarang masih diduduki, maka penggalian akan menjadi sangat sukar atau mustahil. Pada waktu lain, terjadi kesenjangan-kesenjangan yang lama dalam sejarah permukiman suatu tempat. Hal ini hanya dapat diketahui setelah penggalian yang saksama, meskipun penyelidikan pecahan-pecahan tembikar yang telah dihanyutkan dari lereng-lereng gundukan itu akan memberikan gambaran pendahuluan yang baik dari berbagai kebudayaan yang akan ditemukan dalam tel itu. Kadang-kadang berbagai strata itu akan dibedakan oleh lapisan-lapisan abu yang tebal atau reruntuhan kehancuran lainnya; kali lain hanya dibedakan oleh perbedaan dalam warna tanah atau kepadatan tanah. Jikalau sebuah gundukan tidak didiami untuk waktu yang lama, erosi dan perampokan situs itu mungkin mengacaukan stratum itu sama sekali. Orang-orang yang kemudian mendiami tempat itu sering kali menggali parit, waduk, dan terowongan jauh ke dalam strata yang lebih tua sehingga menambah masalah penggali masa kini.
Mengenali strata memungkinkan para ilmuwan untuk menentukan urutan lapisan secara relatif, bukan tarikh-tarikh yang pasti. Untuk menentukan tarikh, ia harus menggunakan tipologi barang tembikar (yaitu mempelajari berbagai jenis barang tembikar). Selama tahun berganti tahun, para arkeolog telah mengembangkan pengetahuan yang sangat rinci mengenai barang tembikar yang khas dari tiap periode. Dengan menghubungkan tiap stratum dengan pecahan-pecahan tembikar yang terdapat di dalamnya, biasanya sang arkeolog mampu menetapkan tarikh stratum itu dalam kurun waktu yang relatif sempit.
Ketika metode stratigrafi dan tipologi ini diperkenalkan, masyarakat ilmiah enggan menerimanya. Di Troya, Heinrich Schliemann menyimpulkan pada abad ke-19 bahwa tel-tel atau gundukan-gundukan menyembunyikan lebih dari sebuah kota purba. Ini mengakibatkan dia dicemoohkan di kalangan para ilmuwan di seluruh Eropa sampai ia dapat membuktikan pendapatnya. Mula-mula tipologi barang tembikar pun ditolak seperti itu.
Tipologi dari benda-benda purbakala lainnya juga berguna. Misalnya, pengembangan lampu membantu sang arkeolog untuk mengenali periode-periode yang lebih luas. Dari sebuah lepek yang sederhana dengan sumbu, akhirnya lampu itu mendapat bibir di satu sisi sebagai tempat sumbu, kemudian empat bibir yang terletak pada sudut yang lurus satu sama lainnya. Akhirnya, bagian atasnya ditutup dan meninggalkan sebuah cerat untuk tempat sumbu. Pada zaman Bizandan Kristen, bagian atas yang tertutup itu dihiasi dengan bermacam-macam simbol artistik. Berbagai perkakas, senjata, dan gaya arsitektur berubah selama abad berganti abad, demikian pula rancangan patung-patung berhala.
Pada kesempatan-kesempatan yang jarang terjadi, ketika tulisan ditemukan di Palestina, kita mempunyai sarana penting lainnya untuk menguji tarikh-tarikh sejarah. Paleografi (penelitian terhadap sejarah tulisan) telah menjadi ilmu yang sungguh saksama.
Uang logam tidak muncul di Palestina sampai akhir periode Perjanjian Lama (sekitar 300 sM). Karena orang-orang kadang-kadang mengumpulkan uang atau menyimpannya sebagai pusaka, bukti ini barangkali menyesatkan sang arkeolog. Hal yang sama dapat dikatakan tentang benda-benda yang diimpor, di mana ketinggalan waktu dari 25 sampai 50 tahun sering kali harus dipertimbangkan.
Tipologi barang tembikar adalah cara yang paling mendasar untuk menarikhkan situs-situs arkeologi. Semua metode lainnya hanya merupakan tambahan. Pada tahun-tahun belakangan, para ilmuwan telah mengembangkan berbagai prosedur baru untuk menarikhkan benda-benda purbakala. Tetapi tak satu pun dari prosedur baru ini yang dapat mengganti analisis jenis-jenis barang tembikar. Para ahli sanggup menentukan tarikh barang tembikar sampai sekurang-kurangnya setengah abad; kesempatan untuk berbuat kesalahan jauh lebih besar bila memakai prosedur yang lain, dan biasanya menjadi lebih besar lagi semakin jauh kita masuk zaman purba. Hanya pada beberapa "abad gelap", yang untuknya kita tidak memiliki petunjuk-petunjuk barang tembikar,maka teknik-teknik yang lebih baru ini terbukti cukup bermanfaat mengingat waktu dan biaya yang dikeluarkan.
Dari prosedur-prosedur yang lebih baru, maka yang paling stabil dan paling penting adalah penarikhan dengan radiocarbon. Isotop karbon 14 adalah suatu bentuk karbon dengan separuh hidup sekitar 5.600 tahun. Isotop ini "membusuk" dan membentuk ;karbon-12, bentuk karbon yang paling umum. Dengan mengukur perbandingan karbon-14 terhadap karbon-12 dalam suatu benda, para ilmuwan dapat menentukan umur benda tersebut. Meskipun karbon-14 seharusnya hancur dengan kecepatan yang konstan, beberapa ilmuwan masih meragukan apakah cara ini akurat dan dapat dipercayai. Karbon-14 dapat ditemukan dalam substansi organik Baja (kayu, kain, dan lain sebagainya), yang jarang ditemukan dalam penggalian di Palestina. Satu bagian yang cukup besar dari sampel itu dibinasakan dalam proses menguji ini, sehingga membuat para arkeolog enggan menggunakan metode ini. Bagaimanapun juga, metode ini telah berguna, terutama dalam meredakan kesangsian orang-orang yang belum yakin akan kemampuan para arkeolog untuk menarikhkan barang tembikar.
Beberapa teknik lain lebih banyak memberi harapan untuk arkeologi alkitabiah. Thermoluminescence mengukur emisi elektronis dari barang tembikar yang dipanaskan kembali untuk menentukan kapan tembikar itu mula-mula dibakar. Analisis spektografis menghujani sepotong tembikar dengan elektron untuk mengukur spektrum kimia dari mineral-mineral yang terdapat di dalamnya. Demikian pula, bila menggunakan metode neutron activation bahan keramik itu ditempatkan dalam sebuah reaktor nuklir dan komposisi kimia dari tanah liat itu ditetapkan oleh radioaktivitas yang dikeluarkannya. Kedua metode yang belakangan itu lebih berguna dalam menentukan sumber tanah liat yang dipakai untuk membuat barang tembikar itu daripada memberitahukan tarikhnya; tetapi sering kali kedua penyelidikan itu dilakukan bersamaan. (Mata biasa seorang ahli tembikar yang terampil sering kali dapat menemukan banyak hal tentang sumber tanah liat tanpa bantuan-bantuan ilmiah ini.)
Teknik-teknik ilmiah juga dapat membantu dalam mencari situs. Begitu banyak tel purba tetap tidak disentuh oleh penggalian modern sehingga orang kurang memerlukan bantuan-bantuan ini. Tetapi di berbagai kawasan yang penduduknya kurang di Transyordania dan Negev, pemotretan dari udara dengan inframerah telah mampu menemukan kota-kota purba dengan mengenali berbagai perbedaan dalam tumbuh-tumbuhan. Sebuah benda mengeluarkan panas dalam bentuk sinar inframerah; semakin panas benda itu, semakin banyak sinar inframerah yang dikeluarkannya. Demikianlah potret-potret inframerah menyatakan perbedaan-perbedaan dalam suhu tumbuh-tumbuhan yang tumbuh di atas tembok dan lantai purba. Di Italia, para arkeolog menggunakan proton magnetonzeter (sebanding dengan Geiger counter, alat pengukur radiasi) untuk menemukan kota Sybaris.
Di samping stratigrafi dan tipologi, pencatatan yang teliti dan pengumuman data merupakan prinsip utama ketiga dari arkeologi ilmiah. Berbeda dengan ilmu-ilmu lain, arkeologi tidak dapat mengulang "eksperimen"-nya untuk membuktikannya. Maka catatan-catatan yang teliti menjadi perhatian utama dari "penggalian" yang berhasil.
Pada awalnya, para arkeolog akan merencanakan sebuah situs berdasarkan suatu "sistem kisi," dengan menyejajarkan garis lintang dan garis bujur dari kawasan itu. Biasanya mereka membagi sebuah tel menjadi berbagai "bidang". Di dalam tiap bidang, mereka mengukur "daerah-daerah" tertentu dan mematoknya untuk mengadakan penggalian. Ukuran bidang-bidang itu mungkin berbeda-beda bergantung ada situasi, tetapi biasanya daerah-daerah yang dipatok itu 6 m persegi. Para arkeolog akan membagi tiap daerah itu lebih lanjut menjadi empat bagian persegi, dengan membiarkan sekat-sekat pembagi (tanah kosong) selebar satu meter di antara tiap bagian persegi itu. Sekat-sekat itu menjadi jalan-jalan kecil untuk mengadakan pengamatan dan pemeriksaan sementara pekerjaan itu berlangsung dan merupakan pokok-pokok acuan bila pertanyaan-pertanyaan timbul di kemudian hari. Satu bagian persegi secara keseluruhan tidak digali menurut cara yang sama; para pekerja akan menggali "parit-parit pemeriksaan" pada sudut siku-siku dengan parit-parit lain, dalam upaya untuk mengantisipasi apa yang mungkin akan ditemukan waktu penggalian berlangsung.
Setiap daerah mempunyai seorang penyelia daerah, yang sebaliknya diawasi oleh pemimpin penggalian tersebut. Penyelia daerah itu mempunyai dua tugas: (1) mengawasi dan mengatur penggalian yang sebenarnya di daerahnya, dan (2) dengan saksama mencatat segala sesuatu pada saat pemunculannya.
Para pekerja pada dasarnya terdiri atas tiga golongan (1) pencangkul, yang dengan hati-hati membongkar tanah yang padat (suatu prosedur yang memerlukan keahlian, dan harus dibedakan dari penggalian parit yang biasa); (2) pemacul, yang bekerja dengan tanah yang baru digemburkan, serta memperhatikan apa Baja yang berarti; dan (3) pemikul keranjang, yang mengangkut tanah yang sudah diperiksa. Kadang-kadang para pemikul keranjang ini juga menggunakan ayakan dan kulir serta sikat untuk mengikis dan membersihkan.
Penyelia daerah membuat catatan yang teliti dalam sebuah buku catatan bidang, sebuah buku harian untuk segala sesuatu yang dikerjakan para pekerjanya. Ia menetapkan nomor lokasi yang berubah-ubah kepada setiap subbagian dari wilayahnya, baik secara vertikal maupun secara horizontal. Para pekerja mengumpulkan semua tembikar dalam keranjang-keranjang khusus dan memberi etikat untuk menunjukkan tanggal, daerah, dan lokasinya. Lalu barang tembikar itu dicuci dan "dibaca" oleh para ahli. Yang menyimpan dan mendaftar barang-barang tembikar yang memiliki arti yang khusus. Mereka memotret dan membuat sketsa dari apa Baja yang mempunyai arti khusus sebelum mereka membongkarnya. Pada akhir setiap hari (atau sebelum suatu tahap baru dari penggalian itu dilanjutkan), penyelia daerah harus membuat gambar skala baik dari dinding-dinding yang vertikal maupun dari lantai daerah penggaliannya. Pada akhir musim penggalian, ia harus menulis laporan yang terinci tentang segala sesuatu yang terjadi di daerahnya. Pemimpin seluruh penggalian itu mencantumkan semua laporan ini di dalam laporan pendahuluannya sendiri, dan kemudian dalam satu publikasi yang terinci. Akan tetapi, banyak pemimpin proyek tidak sampai melaksanakan langkah-langkah terakhir ini, sehingga dunia kesarjanaan kehilangan hasil penggalian itu.
