一、臨床觀察法
精神分析的研究方法主要是臨床法，即對個體做係統深入的考察。弗洛伊德從長期、大量的臨床觀察、治療上的探索開始，逐漸積累病例進行歸納，然後進行理論上的綜合與命名，從而建立起理論模型。臨床研究方法是人格心理學領域常用的方法，它有明顯的優勢和不足。
臨床法的最大優勢是能夠提供對各種人格現象和整體的人格機能的觀察材料。臨床法可通過詳細觀察病案，思考人格中的一些問題，進而形成無數的新假設。弗洛伊德就是依據年複一年的在治療室的觀察，建構、修正他的精神分析理論的。弗洛伊德據以建立精神分析的“可靠觀察的豐富性”由他的臨床病例所組成。他將與來訪者的談話記錄作為科學資料，將對這些資料的分析作為研究的科學方法。對弗洛伊德來說，成功的治療本身並非目的，而是為精神分析理論的可靠性提供證據。臨床法可以提供分析整個病程發展曆程的追蹤資料，為弗洛伊德提出人格發展的五階段論提供了實證基礎。
但是，臨床法的一個主要的缺陷是別人很難驗證所得到的觀察結果，也不容易形成可以在嚴格控製的實驗室條件下進行檢驗的具體假設。而科學方法的基本要求是要有可靠的觀察方法和假設檢驗程序。弗洛伊德在成為精神分析家之前是一個優秀的生物學家，接受過嚴格的科學方法訓練。但他更看重臨床法的優勢，而寬鬆地對待實證原則。弗洛伊德不想去建立一種有關潛意識的實驗方法，也不歡迎別人試圖實驗性地去驗證他的觀點。20世紀30年代，美國心理學家S.羅森茨韋格作了一係列的實驗來支持精神分析的壓抑論，他把研究結果寄給弗洛伊德，談到他希望用實驗的方法檢驗精神分析理論。弗洛伊德在回信中非常簡潔地作了答複：“我頗有興趣地檢查了你們試圖驗證精神分析命題的實驗研究，我不會對這種實證給予很高的評價，因為這些命題所依賴的可靠觀察的豐富性使它們與實驗驗證無關。當然，這麽做是無害的”。
弗洛伊德實際上采取了以自然科學的觀察並融哲學的、社會科學的研究方法於一體的綜合研究方法。為了從哲學方麵對人的精神世界進行研究，除了精神分析實踐，直接從來訪者身上考察他們的思想、意識、情感之外，弗洛伊德還深入研究了宗教學、神話學、人類學、曆史學、語言學、文學藝術等領域，尤其重視這些領域裏相關專家的研究成果，做到在廣闊的知識背景下，闡述對於人類精神活動的看法，建立起精神分析的大廈。這種方法影響著弗洛伊德之後的精神分析家，成為精神分析的主流研究方法。
二、心理治療技術
弗洛伊德不僅是精神分析理論之父，而且第一個提出了用於治療心理障礙的心理治療體係。他堅持臨床心理治療是精神分析工作的重心，精神分析理論的建構、發展均是建立在臨床治療的基礎上的。
弗洛伊德精神分析的治療理論，與他晚期的人格結構模型有著密切的關係。他設想人的心理健康是由本我、自我和超我相互作用的產物。弗洛伊德的心理病理概念具有心理動力學的性質。在一個心理健康的人身上，這三種力量形成一個統一和諧的組織結構，密切合作以使人能有效地與外界交往，以滿足人的需求和欲望。當人格的三種力量相互衝突、矛盾時，會導致它們力的作用失去平衡，人就處於心理失調的狀態或出現神經症。在弗洛伊德看來，造成心理病理狀態的必要前提條件是自我的力量被削弱，其正常功能被瓦解。心理疾病的症狀是潛意識的本能欲望與不能勝任的自我之間鬥爭的結果。因此，神經症是自我適應衝突和重建某種平衡的一種方式。既然自我的削弱是心理病理的前提條件，那麽精神分析治療的首要目標是讓來訪者有較清楚的自我認識，增加自我的力量，以此使自我能夠最大限度地發揮其心理功能。換而言之，即把過去的潛意識變成意識，讓自我重新控製本能。
治療方法是達成治療目的的途徑。在經典精神分析的治療方法中，弗洛伊德采用自由聯想（free association）、釋夢（dream analysis）、移情分析（transference analysis）、阻抗分析（resistance analysis）和解釋（interpretations）這五種技術。
自由聯想是指讓來訪者在毫無拘束的情況下，盡情地說出心中所想到的一切經驗。自由聯想是精神分析治療的第一步，根據其中的內容可以進行其他步驟。
釋夢是根據來訪者在意識狀態下所描述的夢境去解析在潛意識狀態下所做的夢，也就是根據來訪者所陳述的夢境來解析夢的含義。
移情是指來訪者在治療過程中，將以往對他人的情感關係，以扭曲現實的方式，轉移到分析師身上。分析師由來訪者的移情表現，可以了解其以往的感情生活和人際關係，加以分析之後即可幫助他從不真實的感情生活中掙脫。
在自由聯想的過程中，來訪者可能不願陳述其痛苦經驗或隱藏在心中的欲望，使得分析治療無法順利地進行，這種不合作態度就稱為抗拒。抗拒分析就是化解來訪者的抗拒，讓他說出心中壓抑的事情。經過分析之後，可以使來訪者盡情地傾訴內心的矛盾和衝突，舒解其緊張情緒。
解釋是精神分析治療過程中最重要的步驟，也就是分析師根據來訪者在前述四種過程中所得的一切資料，向來訪者解析，使來訪者了解在外在行為之下所具有的更深一層的意義，從而領悟到自己心理困擾的原因。