Для комплексного изучения необходимо собрать как можно большее количество данных из самых разных областей. Нужно составить точное описание памятника: где он находится и какое место в пространстве занимает (ориентация по сторонам света, течению реки, степень доступности), на какой поверхности (отдельные валуны, скальные выходы, стены пещеры), в какой технике выполнены изображения (с помощью красящего вещества или выбиты, выгравированы), какие сюжеты и образы присутствуют.
Исследовать петроглифы могут специалисты из самых разных областей науки, это естественнонаучные дисциплины, обеспечивающие датирование (метод космогенного датирования по радионуклидам), информацию о химическом составе пигментов; трасология, позволяющая реконструировать технику нанесения рисунка; палеонтология или зоология, может помочь в определении вида животного по характерным особенностям изображения; различными геологическими процессами могут объясняться изменения в структуре памятника.
Естественно, невозможно составить полную картину без культурологической составляющей: данных об археологических памятниках и культурах и их связи с петроглифами, знаний из сферы религиоведения, этнографии, искусства.
Очень важна и техническая составляющая работы, фиксация изображений с помощью фотографии, отрисовки, снятия копий, отпечатков и 3D-сканирования (посмотрите очень интересный проект с моделями
петроглифов Нижнего Амура и Уссури).