Psychologia jako nauka empiryczna opiera się na badaniu faktów.
Fakty, jakimi dysponuje psychologia są dwojakiego rodzaju: subiektywne przeżycia człowieka oraz jego zachowanie się. W związku w tym w psychologii rozwinęły się zarówno metody subiektywne, jak i metody obiektywne, polegające na rejestracji zachowań człowieka, zwłaszcza ruchów i wypowiedzi słownych, pozostających w związku z daną sytuacją.
Metody badań obiektywnych są przede wszystkim metodami eksperymentu, także naturalnego, oraz metodami obserwacji. Cechą szczególną tych metod jest to, że ich przedmiotem są często zmienne ukryte (np. motywacja) oraz wskaźniki obserwacji i kontroli (np. ilość spożytego pokarmu, czas głodzenia). Prawidłowy wybór wskaźników jest równie ważnym elementem eksperymentu, jak i jego poprawność. Podmiotami badanymi często bywają zwierzęta, a badania takie pozwalają wykrywać podstawowe zachowania, wspólne dla ludzi i zwierząt.
Szczególnym rodzajem technik badawczych są testy, pozwalające na diagnozowaniu głębi ukrytych cech i procesy myślowe, z których człowiek sam często nie zdaje sobie sprawy (emocje, motywacja). Inną grupę metod badawczych stanowią obserwacje.

W psychologii korzysta się również z innych pokrewnych nauk np. socjologii, fizjologii. Metodą opracowania materiału z badań jest analiza danych ilościowych oraz statystyka. Stosuje się także metodę analizy jakościowej np. analiza wytworów (pamiętników, rysunków). W ostatnich latach stosuje się także metodę symulacji komputerowej.