刑事侦查员力求查明罪犯使用的方法、犯罪的动机和罪犯本人的身份，以及查明被害人的身份，同时还可能要寻找和询问证人。然而，职业侦查员主要注意的是职业罪犯。在查找没有留下指纹或其他确凿证据的罪犯时，往往可以通过分析其惯用的手法取得进展；职业罪犯似乎惯于使用某种伎俩(例如破门而入)以寻求某种类型的赃物，并留下某种标记(例如捆绑被害人的方法)。刑事侦查部门积累这类资料，以及失窃财物的清单，而且随时可以查阅汽车和武器登记之类的公共纪录，和洗衣房及乾洗商店的标志、当铺和转手商的交易之类的私人纪录，以及其他很多类似的纪录。
警察的告密员和便衣人员多少是源源不断情报的来源。尽管受到法律上的限制，电话窃听和其他电子监视方法已变得极为重要。讯问嫌疑人是刑事侦查的最重要的任务之一。有经验的讯问人员迅速地分析了嫌疑人的特点，并用耐心、计谋和心理学知识来得到嫌疑人的合作或认罪。在大多数国家里，这个程序是很微妙的，因为在侵犯嫌疑人权利的情况下获得的供认，可能被法院拒绝采纳。测谎器的使用也受到法庭广泛的限制。犯罪检验室对刑事侦查的帮助越来越大，这些检验室用它们的设备进行化学的和其他手段的分析，可以处理大量的物证。辨认的技巧，特别是指纹辨认和较新的声波纹辨认及DNA指纹分析，在现代的侦查中起著主要的作用。摄影和微型摄影、文件鉴定、弹道学和其他科学技巧仍然是标准的犯罪检验方法。
法医学可以进行血和尿的分析，而且可以辨认被害人身体器官内的化学物质的痕迹。