早期的环境监测主要采用分析化学的方法对污染物进行分析，但由于环境污染物含量低（通常是ppm或ppb级别）、变化快，实际上是分析化学的发展，被称为污染源监测阶段。从 60 年代起人们逐渐认识到环境污染不仅包括化学物质的污染，也包括噪声污染；不仅包括污染源的监测，也包括环境背景值的监测，环境监测的范围扩大，手段更多，这个阶段被称作环境监测阶段。进入 70 年代，环境监测技术进入自动化、计算机化，发达国家相继建立全国性的自动化监测网络，这个阶段被称为自动监测阶段。
环境监测的主要手段包括物理手段（对于声、光的监测），化学手段（各种化学方法，包括重量法，分光广度法等），生物手段（监测环境变化对生物及生物群落的影响）。