水樣采集后，應盡快進行分析測定，因為采集水樣和分析測定時間隔愈段，分析結果愈可靠。某些項目如溶解氧，PH值等，要在現場測定，或現場固定以免樣品在運送途中發生變化。
水樣的保存期限決定于水樣性質，測定項目的要求和保存條件。一般用于水質理化測定的水樣，其保存時間愈短愈好盡可能保持水樣原來的成分不變。一般允許的有效時間為：清潔水72h;輕度污染水樣48h；嚴重污染水樣12h。
若水樣不能及時分析，應設法防止水質發生變化，通常是控制PH值，加入化學試劑，冷藏或冷凍。
冷藏能阻止微生物活動，所以樣品應在低溫（2-5℃）下保存并置于暗處，以減慢物理與化學變化的速率。如測定生化學氧量的水樣的保存即是如此。這種報春方法對后續其他組分的測定無不良影響。但冷藏并不適用于長期保存的樣品，如需保存較長時間，可采用冷凍（-20℃），但應注意掌握熔觸和凍結的技術。
加入一些化學試劑，可以固定水樣中某些待測組分。例如，加入一種殺菌劑以抑制生物的作用；測定金屬時，加酸使PH≤2，一般加硝酸，某些測定指標也可加鹽酸或硫酸。加酸降低了水樣的PH值，可減低金屬離子被容器壁吸附。對某些組分需加堿保存。甲酸或加堿，也可抑制生物的作用。
化學試劑（也稱保存劑）應事前加入空水樣瓶中（如測定硫化物），也可采樣后立即加入水樣中。無論加何種保存劑，應不干擾待測組分的分析。