Il est indispensable pour appréhender un matériau de le caractériser, c'est-à-dire d'en analyser les propriétés. Il existe de nombreuses techniques de caractérisation des matériaux qui reposent sur différents principes physiques de base : les interactions rayonnement-matière, la thermodynamique et la mécanique.
Les essais sur un matériau apportent des renseignements précis et fiables sur ses qualités et ses performances. Il en existe un grand nombre, standardisé par des normes internationales. Les principaux essais sont mécaniques (traction, dureté, résilience, fatigue, fluage...), pour la productique (emboutissage, pliage...), de surfaces (rugosité, adhérence...), essais non destructifs (radiographie, ultrasons...) et essais sur les fluides (viscosité, écoulement...).