Основными методами определения остаточных напряжений являются механические и рентгеновские. Весьма перспективными для промышленного применения являются электрофизические методы, при которых остаточные напряжения определяются по изменению электромагнитных свойств поверхностного слоя.

Механические методы определения остаточных напряжений получили наибольшее распространение не только из-за своей простоты, но и вследствие того, что в них используются такие же представления о напряжениях и деформациях механики твердого тела, как и при расчетах деталей на прочность, жесткость и устойчивость.

Механические методы основаны на предположении, что при разрезке или удалении части детали с остаточными напряжениями у оставшейся части детали на вновь образовавшихся поверхностях имеют место эквивалентные напряжения, обратные по знаку удаленным. Эти обратные напряжения вызывают деформацию детали. Измерив возникшие деформации, можно вычислить остаточные напряжения.

В частности, механический метод определения остаточных напряжений I рода в поверхностном слое сплошного цилиндрического стержня основан на измерении деформации, возникающей при постепенном стравливании металла по его полуцилиндрической поверхности (метод Н. Н. Давиденкова). Перед травлением образцы обезжиривают ацетоном и покрывают химически стойким лаком таким образом, чтобы осталась непокрытой цилиндрическая поверхность, с которой стравливается поверхностный слой.

Одностороннее травление стержня нарушает равновесное состояние металла и вызывает его деформацию. При этом допускается, что осевые остаточные напряжения постоянны по длине стержня и симметричны относительно его оси. Травление, производится на специальном приборе. Образец помещается в ванну с электролитом. К образцу-аноду и катоду (цинковая пластина) подводится постоянный ток. При прохождении постоянного тока от анода через электролит к катоду происходит электролитическое травление поверхностного слоя образца. В качестве регистрирующего прибора используются индикаторы часового типа. В процессе травления через определенные промежутки времени производится запись показаний индикатора — прогиб образца f. Прогиб считается положительным, если он направлен в сторону снятого слоя, и отрицательным, если он направлен в обратную сторону.

После окончания травления с образца снимается лак, поверхность протирается ацетоном. Образец взвешивается, и определяется величина снятого слоя по формуле:

где R — радиус образца до травления; m₂ — масса образца до травления; m₁ — масса образца после травления.

Зная величину снятого слоя и время травления, можно определить скорость травления.
По известным значениям скорости травления и деформации образца подсчитываются остаточные напряжения в поверхностном слое цилиндрического стержня по формуле Биргера А. И.:

где Е — модуль упругости; d — диаметр стержня; l — длина стержня; f — прогиб стержня при стравливании слоя величиной а; а — величина стравливаемого слоя.

Микронапряжения (напряжения второго рода) исследуются рентгеновским методом. Рентгеновский метод определения остаточных напряжений позволяет непосредственно измерять деформации кристаллической решетки при воздействии напряжений. Основное преимущество рентгеновского метода состоит в том, что остаточные напряжения определяются без разрушения детали. Метод может быть использован не только для исследования, но и для контроля технологического процесса. Рентгеновский метод не лишен недостатков: напряжения определяются только в поверхностном слое, точность определения сравнительно невысока. Однако возможность определения остаточных напряжений без разрушения детали делает рентгеновский метод чрезвычайно перспективным. Этот метод основан на определении расстояния между кристаллографическими плоскостями с помощью измерения угла отражения луча. При таком рассеянии и происходит интерференция лучей, в результате которой только в определенных направлениях интенсивность лучей увеличивается, тогда как в других направлениях ослабляется.

Одна из схем определения остаточных напряжений: монохроматический рентгеновский луч направляют узким пучком на исследуемую поверхность металла, отраженные лучи фиксируются на рентгеновской пленке в виде кольцевого затемненного следа. Этот метод не является единственным.

Существует схема измерения угла отражения с помощью счетчика излучения. Рентгеновский луч отражается от поверхности металла, камера счетчика совершает периодическое колебательное движение, фиксируя интенсивность излучения для данного угла. Эта схема получает в последнее время все большее практическое применение. Используется прибор ионизационный дифрактометр УРС-50 ИМ.