心理语言学的研究方法在很多地方借鉴了心理学的心理测量(psychometrics)方法。这种方法主要是测量知识、能力、态度和个性的倾向。心理语言学对其所研究的对象，如语言的习得、学习和使用的心理过程所提出的种种理论都必须经过系统的自然观察(naturalobservation)或实验方法(experimentalmethods)的验证，才能判明其是否有效。
1．自然观察是心理语言学所采用的第一种方法，因为有些言语行为是自然产生的，只好在它出现的时候加以观察，例如，儿童怎样学讲话，我们在使用语言时怎样讲错话。自然观察的第一个特点是不干预性(noninterference)，观察者对所观察的对象必须进行客观的纪录，不能带有任何主观成分。第二个特点是寻找事物的型式(pattern)，从个别的、随机的行为中找出事物的客观规律。第三个特点是直观性(directness)，直观比臆断可靠，但很多心理活动不能直观，必须根据其外部行为来推断内心活动。第四个特点是收集数据旷日持久，要花费很多时间和精力才能找到事物的型式。
2．实验方法是心理语言学更多地采用的第二种方法。实验方法也就是自然科学所采用的方法；它和自然观察之不同，主要体现为控制(contr01)的理念和方法。实验方法要求有实验组(experimentalgroup')和参照组(referencegroup)进行对比观察。任何一种行为(例如词汇量的增长)都是各种因素相互作用的结果，为了弄清楚这些因素的不同作用，我们就必须把各个因素控制起来，即让它们在实验组和参照组里基本一样(例如我们想控制性别，就让这两个组的男女比例大致一样)，而专门操纵(manipulate)某一个因素，即对它进行系统的改变，例如，年龄这个因素有不同的水平和发展阶段：儿童、青少年、成人……我们就通过实验方法比较不同组别的词汇量增长的情况。
随着现代科学技术的发展，在观察语言心理过程时，心理语言学开拓了不少颇具特色的实验方法，例如：(1)采用“在线”(online)的方法，收集潜伏性(即反应时的)数据来了解被试处理语言的速度；过去要使用专门的仪器，而如今则可以在普通计算机上使用专门的软件就能收集到。(2)采用再现(recall)或再认(recognition)的方法来了解刺激保存在工作记忆里的情况，以观察语言处理的成果。(3)采用控制输入形式的控制方法，对刺激进行干扰，甚至歪曲，以了解语境对重建丢失信息的作用。(4)采用简单的戴在头上的眼动仪(tachistoscope)来观察眼睛固视(eyefixation)，以了解被试思维活动。采用双耳实验(dichoticexperiments)的方法，让被试通过耳机的两个频道听到不同的信息，以了解句子听辨的过程。(5)采用有声思维(thinkingaloud)的办法，让被试口头报告他们在完成一件作业时的思想活动过程。(6)采用计算机模拟(computersimulation)的方法，把某些理论和模型程序化，然后再把得出的结果和实际试验的结果进行比较，从而验证这些理论和模型的真实性。(7)采用电子大脑照相术的测量方法(electro—encephalographicmeasures)以直接观察大脑对词语刺激的反应。
3．统计方法。自然观察和实验方法所得到的结果必须客观地报告，这就需要用到统计手段。世间一切事物都充满了不确定性，所以统计学的基础是概率论。统计方法有两大类：一类是描写统计(descriptivestatistics)，例如一次投票的结果必须统计，多少人赞成，多少人通过，通过率的百分比是多少?一个班的期末成绩也要统计，平均分是多少?及格率的百分比是多少?另一类是推断统计(inferentialstatistics)，我们的实验都是在一定范围内进行的，但是其目的并非简单地描写这些样本，而是想了解这些样本的结果是否具有普遍意义，那就是从样本推断总体。我们在一些实验报告里往往看到P≤o．5这样的符号，这说明实验者已经使用推断统计学的方法算出，实验的偶然性的机会低于5%，它的结果在95%的情况下是可靠的，因此具有显著性意义。我们做实验的目的还不限于了解实验的普遍性，我们往往还想进一步了解事物之间的规律(结构和型式)以及多变量之间关系，这就需要做一些多元的统计分析(包括方差分析、回归分析、聚类分析、多维度量表、结构方程模型、神经网络方法，等等)。这些统计方法都比较复杂，必须应用一些现成的计算机统计程序。使用统计方法关键在于掌握它们的原理，知道什么时候应该采用什么统计方法，要防止误用和滥用的倾向。
