On commence par pulvériser la roche, après quoi on isole et on concentre les minéraux d'intérêt. Les grains sont ensuite caractérisés selon leurs propriétés magnétiques, leur couleur, leur forme et leur taille (qui varient généralement de quelques dizaines à quelques centaines de microns). Si le contexte in situ du matériel cible est important, on ne procède pas à la séparation des minéraux.

Les grains de minéraux d'intérêt (habituellement des centaines à la fois) sont noyés dans un disque d'époxy, que l'on meule et polit au moyen d'une bande abrasive à grains de diamant pour exposer le centre des grains. On peut aussi noyer dans de l'époxy de petits fragments de roches ou d'autres solides, ou encore utiliser des lames minces polies normalisées. Les grains sont ensuite photographiés au moyen d'un microscope pétrographique. On enduit les montages ou les lames minces d'une fine couche d'or de grande pureté pour rendre la surface conductrice en vue des étapes ultérieures.

Le microscope électronique à balayage révèle la composition détaillée des surfaces exposées des grains. Les variations du degré de rétrodiffusion des électrons et de luminescence mettent souvent en évidence des détails internes qui demeurent autrement invisibles. Ce travail est exécuté au Laboratoire du microscope électronique à balayage de la CGC.

Des rapports isotopiques préliminaires sont produits immédiatement après chaque analyse, de telle sorte que l'analyste peut modifier sa stratégie d'analyse au fur et à mesure que le travail progresse. Les données sont soumises à d'autres types de traitement hors ligne. Les résultats se présentent sous forme de chiffriers électroniques, avec des graphiques qui montrent les erreurs analytiques.

Les porte-échantillons sont placés à l'intérieur de la microsonde sous un vide poussé. Un faisceau d'ions d'oxygène animés d'une haute énergie est alors projeté sur des zones choisies du minéral. L'empreinte du faisceau d'oxygène peut varier d'environ 5 à 30 microns de diamètre, selon l'usage que l'on veut en faire. Les ions d'oxygène se logent dans les couches atomiques supérieures du minéral, libérant une énergie cynétique qui provoque l'éjection de particules atomiques et moléculaires 'secondaires', ce qu'on appelle la 'pulvérisation cathodique'. Le SHRIMP a une résolution en profondeur extrêmement fine; habituellement, il peut prélever à peine un micron de matériaux au cours d'une analyse. Cette propriété en fait un outil formidable quand on ne veut pas consommer de grandes quantités de matériaux. Une petite partie des atomes et des molécules pulvérisés sont ionisés (ayant perdu un électron), ce qui permet de les extraire électrostatiquement de la surface de la cible. À l'aide d'un spectromètre de masse à double focalisation, conçu pour une transmission et une refocalisation optimales des ions, on peut déterminer les abondances relatives des ions secondaires choisis. Ces analyses peuvent durer de trois minutes à une heure, selon l'application et la précision désirée.