脂质化合物的多样性和生物样品基质的复杂性要求脂质组学分析利用先进的分离技术和检测方法。目前主要应用的色谱技术有薄层色谱(TLC)、气相色谱(GC)、毛细管电泳(CE)、超临界流体色谱(SFC)、高效液相色谱(HPLC)和各种质谱(MS)技术，以及色谱-质谱耦合技术。核磁共振(NMR)、红外光谱(infrared spectroscopy)和拉曼光谱(Raman spectroscopy)的应用较少，主要原因是这些技术的分离能力有限，对脂类化合物检测的灵敏度还不令人满意，定性能力不强。脂质组学分析主要包括非靶向脂质组学分析、靶向脂质组学分析和影像学分析。
没有针对性lipidomic分析分离和鉴定生物样品中的所有脂类化合物及其代谢物，以便从中筛选生物标志物。
早期主要采用TLC(和TLC- ms)和GC(和GC- ms)。但前者的分离效率较低，后者需要脂类化合物衍生化，分析步骤复杂、耗时。目前，LC-MS越来越多地用于脂质组学分析。
液相色谱具有多种分离模式，适用于不衍生化的复杂脂类化合物的分离。此外，随着质谱技术的快速发展，各种高分辨率质谱和串联质谱(通常采用MS/MS)的商业化，以及与LC(主要采用电喷雾)的接口，使得LC-MS具有良好的分离鉴定能力。
此外，采用质谱直接分析的散弹枪脂质组学也可用于非靶向脂质组学分析。具有分析速度快、识别能力强等特点。然而，缺点也很明显:1)仪器昂贵;2)脂质组成信息缺失。birdshot法中，在离子源中不进行色谱分离就将整个脂质电离，导致低丰度、难电离的脂质组分的电离受到明显抑制，导致相关脂质检测不出来;3)脂质结构信息缺乏。同分异构体在生物体中的作用可能有很大的不同，准确的鉴定变得尤为重要。仅用质谱的birdshot法很难区分某些脂质异构体(如定位异构体和对映异构体)。
针对lipidomics分析是对几种、一种或几种脂类化合物(如生物标志物)的分析。针对性分析要求速度快、定性和定量准确。直接质谱分析和RPLC是常用的分析方法，特别是超高效液相色谱(UHPLC)与质谱联用具有分离效率高、分析速度快等优点。
成像分析是对生物样品中脂类化合物的分布进行可视化分析，获得动态数据。脂质组学成像分析主要包括荧光成像和质谱成像。前者灵敏度高，但需要衍生化样品，一次成像只能获得一种或几种脂类化合物。后者可以在一次成像中获得多种类型脂类化合物的信息，不需要对样品进行衍生化处理，但检测灵敏度有限。
在多种质谱成像技术中，MALDI-MS成像是最有利的。然而，MALDI-MS仍然存在灵敏度限制，难以用于体内或原位成像分析。高空间分辨率的二次离子质谱(SIMS)已被用于脂类化合物的单细胞成像分析。