Polega na porównani całkowitej wartości wielkości mierzonej z wartością znaną tej samej wielkości, która w postaci wzorca wchodzi bezpośrednio do pomiaru. Pomiary długości za pomocą przymiaru kreskowego, objętości cieczy za pomocą pojemnika, masy za pomocą wagi przez zrównoważenie mierzonej masy ciała odpowiednią sumą mas odważników są przykładami metody bezpośredniego porównania. Należy dodać, że przykłady pierwszy i trzeci są ilustracją metody podstawowej, ponieważ długość i masa są wielkościami podstawowymi.
Odmianami metody bezpośredniego porównania są metody podstawiania i przestawiania. Pierwsza z nich polega na zastąpieniu wartości wielkości mierzonej wartości A znaną tej samej wielkości, wybraną w ten sposób, aby skutki wywołane przez te wartości były takie same. Przykładem takiego pomiaru jest wyznaczanie masy za pomocą wagi i odważników metodą Bordy
Druga z metod polega na zrównoważeniu wartości wielkości mierzonej najpierw ze znaną wartością A tej samej wielkości, następnie na podstawieniu wielkości mierzonej na miejsce A i ponownym zrównoważeniu jej za pomocą wartości B tej samej wielkości. Jeżeli pozycja wskazówki pokazującej równowagę jest jednakowa w obu przypadkach, to wartość wielkości mierzonej jest równa pierwiastkowi kwadratowemu z iloczynu A i B. Metodę tę stosuje się do wyznaczania masy za pomocą wagi i odważników kontrolnych metodą podwójnego ważenia Gaussa
Jedną z częściej stosowanych jest metoda pomiarowa różnicowa. Polega ona na porównaniu wartości wielkości mierzonej z niewiele różniącą się od niej znaną wartością tej samej wielkości i pomiarze różnicy tych wartości. Metodą tą mierzy się odchyłkę A od wymiaru nominalnego N średnicy D wałka; wymiar nominalny jest wtedy wartością znaną, odtwarzaną przez stos płytek, a średnica D wartością wielkości mierzonej.
Metoda pomiarowa zerowa jest odmianą metody różnicowej. Polega na sprowadzeniu do zera różnicy miedzy wartością wielkości mierzonej a wartości a znaną tej samej wielkości
z nią porównywaną. Porównanie ze sobą wartości pewnej wielkości może być zastąpione przez porównanie odpowiadających im wartości innej wielkości. Jeżeli do pomiaru odchyłki średnicy wałka tak dobierze się wysokość stosu płytek, że wskazanie czujnika - gdy pod jego końcówką znajduje się stos płytek a potem wałek - będzie takie same, to metoda różnicowa stanie się metodą zerową
W pomiarach elektrycznych oraz pomiarach wielkości nieelektrycznych metodami elektrycznymi stosuje się dwie odmiany metody zerowej, a mianowicie metodę kompensacyjną i metodę komparacyjną
Metoda kompensacyjna charakteryzuje się tym, że wielkości mierzonej przeciwstawia się wzorcową wielkość kompensującą tego samego rodzaju o znanej wartości, która kompensuje fizyczne działanie wielkości mierzonej na detektor. W stanie równowagi fizycznej działanie wielkości mierzonej i kompensującej są jednakowe i przeciwnie skierowane, dlatego następuje pełna kompensacja ich działania. Fizyczne działanie wielkości można kompensować tylko wtedy, gdy jej sygnał jest nośnikiem energii. Jako przykład realizacji tej metody podaje się wagę równoramienną, w której następuje kompensacja momentów
Jeżeli jedną lub obie porównywane wielkości przetworzy się tak, aby reprezentowały wielkości jednakowe, będące nośnikami energii, a następnie je skompensuje, to taka metoda pomiaru nazywa się komparacyjną. Jeszcze jedną odmianą metody różnicowej jest metoda koincydencyjna. Polega ona na wyznaczaniu przez obserwację koincydencji pewnych wskazów lub sygnałów małej różnicy między wartością wielkości mierzonej i z nią porównywanej znanej wartości tej samej wielkości Metodą tą mierzy się czas; obserwuje się koincydencję wzorcowych sygnałów czasu z sygnałami zegara porównawczego. Podobny jest pomiar ułamkowych części milimetra za pomocą noniusza suwmiarki
Również często jest stosowana metoda pomiarowa wychyleniowa. Jest to metoda porównawcza, polegająca na wyznaczaniu wartości wielkości mierzonej na podstawie wychylenia wskazówki urządzenia wskazującego lub ogólniej - na podstawie zmiany wzajemnego położenia wskazówki i podziałki. Jest ona stosowana podczas pomiaru ciśnienia za pomocą manometru z elementem sprężystym, pomiaru masy za pomocą wagi uchylnej, a także napięcia woltomierzem z analogowym urządzeniem wskazującym. W każdym z tych przykładów występuje niezgodność rodzaju wielkości mierzonej i wzorcowej cała wartość wielkości mierzonej jest wtedy przetwarzana w przyrządzie na wielkość tego samego rodzaju co wzorcowa, a następnie porównania. Zwykle metoda wychyleniowa polega na wywołaniu momentu siły, zależnego od wartości wielkości mierzonej. Moment ten jest równoważony przez przeciwnie skierowany moment wytworzony elementem sprężystym, którego odkształcenia powodują ruch części ruchomej urządzenia wskazującego. Wychylenie tej części wskazuje wartość wielkości mierzonej na podziałce wywzorcowanej w jednostkach wielkości mierzonej.
Ze względu na sposób przetwarzania sygnału pomiarowego rozróżnia się metodę analogową i cyfrową. W metodzie analogowej wartość wielkości mierzonej, która zmienia się w sposób ciągły, odpowiada również wielkość wyjściowa (wskazanie) o ciągłych wartościach. W metodzie cyfrowej ciągłym przedziałom wartości wielkości mierzonej są przyporządkowane nieciągłe (dyskretne) przydziały wartości wielkości wyjściowej. To znaczy, że wartości wyjściowe mają formę cyfrową, która składa się z całkowitej liczby kwantów
Jeśli odbiorca wyniku jest obserwator, to stosowany jest dziesiętny system zapisu cyfr, jeśli maszyna cyfrowa - system kodowany dwójkowo. Gdy w układzie pomiarowym tylko urządzenie wskazujące pracuje cyfrowo, a proces pomiarowy przebiega analogowo, wówczas metoda taka nie może być uważana za w pełni cyfrową 