Wyróżnia się trzy podstawowe grupy badań epidemiologicznych: przeglądowe, obserwacyjne oraz eksperymentalne. Badania przeglądowe przeprowadza się w celu określenia stanu zdrowia konkretnej populacji. Pozwalają one określić jaki jest współczynnik chorobowości lub potwierdzić, czy dana populacja jest wolna od określonej choroby. Badania przeglądowe pomagają też w ocenie wpływu warunków zewnętrznych na powstawanie i szerzenie się chorób. Do badań obserwacyjnych zalicza się natomiast kliniczno-kontrolne, czyli retrospektywne. Wybiera się do nich odpowiednią grupę przypadków o określonym statusie choroby.

Badanych dzieli się na osoby, które chorują oraz na tych, u których choroba nie występuje. Następnie ustala się potencjalne ekspozycje, które mogły wystąpić w przeszłości danej populacji. Inne z badań obserwacyjnych to kohortowe, czyli prospektywne. Osoby są zazwyczaj zdrowe na początku badań. Punktem wyjścia badania prospektywnego są określone uwarunkowania środowiska. Do badań obserwacyjnych zalicza się też badania przekrojowe.

W epidemiologii stosuje się także badania eksperymentalne, które polegają na celowym i kontrolowanym sterowaniu przyczyną wywołującą choroby.