ويراقب اختصاصيو علم النفس المقارَن الحيوانات في بيئاتها الطبيعية وفي بيئات يتم التحكم فيها مثل المختبرات وحدائق الحيوان. وفي كلتا البيئتين، يستخدم الباحثون طرقًا تُمَكِّنُهم من ملاحظة السلوك مع أقل قدر ممكن من التدخل في أنشطة هذه الكائنات. فمثلًا، قد يُلحِق علماء النفس أجهزة إلكترونية بالحيوانات. وتبث هذه الأجهزة إشارات تشير إلى مواقعها أو تعطي معلومات عن ضغط دم الحيوان أو درجة حرارته أو وظائف الجسم الأخرى. وفي المختبر، يمكن للباحثين أن يراقبوا سلوك الحيوان من خلف مرايا ذات اتجاه واحد. وفي البريَّة، يمكن للعلماء أن يراقبوه من داخل أسوار خادعة.
وقد يسجل علماء النفس المقارَن سلوك الحيوان على الورق باستخدام رموز الشفرة لمختلف أنواع السلوك. وقد يقومون أيضًا بتصوير أو تسجيل أنشطة معيّنة على شريط. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يحتالوا من أجل أن يسجل الحيوان حقائق بنفسه. فمثلًا، يستخدم كثير من الذين يقومون بالتجارب جهازًا يسمى صندوق سكنر، حيث يجب على الحيوان أن يشغل مفتاحًا أو آلية أخرى ليحصل على مكافأة. كما يُشغل المفتاح أيضًا أداة للتسجيل.
ويستخدم علماء النفس المقارن، مثل غيرهم من العلماء، طرقًا إحصائية عديدة في عملهم، كما يستعملون في الغالب الحواسيب لتحليل كم كبير من المعلومات.