تعتمد الأدوات المستخدمة في الدراسات الكيميائية الفوق جزيئية على طبيعة العينة والتطبيق المراد دراسته. ومن بين الأدوات الشائعة المستخدمة في هذه الدراسات:
1- الطيف الضوئي الأشعة فوق البنفسجية والمرئي والأشعة تحت الحمراء، والذي يتيح قياس الأطوال الموجية للعناصر الكيميائية المختلفة ومن ثم التعرف على تراكيزها النسبية في العينة.
2- التحليل الكهروكيميائي، والذي يستخدم لتحديد الشحنة الكهربائية للجزيئات وتركيزها في المحلول.
3- الترميز اللوني والذي يستخدم لتحديد الجزيئات المختلفة عن طريق التعرف على لونها المميز.
4- التحليل الطيفي للكتلة، والذي يستخدم لتحليل الجزيئات الكيميائية بناءً على اختلاف كتلها الذرية.
5- التحليل السطحي، والذي يستخدم لدراسة الخصائص السطحية للمواد.
6- التصوير المجهري، والذي يمكن استخدامه لمراقبة الخصائص الفيزيائية والكيميائية للعينة على المستوى الدقيق جداً.