En general las muestras biológicas se refieren a las muestras materiales como sangre, tejido, células, ADN, ARN o proteínas de seres humanos, animales o plantas. Estas muestras son utilizadas para pruebas de laboratorio o bien son almacenadas en un depósito biológico para poder usarse en una investigación.

Es relevante mencionar el hecho de que las muestras biológicas son también llamados vestigios biológicos; ya que el término vestigio es utilizado para nombrar a los pedazos, los restos o las huellas de alguna cosa, ya sea física o simbólica. Ahora bien los vestigios que más comúnmente son recibidos en los laboratorios forenses con fines identificativos están impregnados con: sangre, semen, saliva restos orgánicos, además, pelos, tejidos, uñas, restos óseos y dientes.

Antes de poder realizar un análisis, evidentemente tiene que existir una identificación de evidencia biológica; basándose en una comparación de características, las cuales permiten colocar una muestra en una categoría con materiales similares.

El análisis de las muestras biológicas es uno de los exámenes forenses estándar en la investigación de una amplia variedad de delitos. Particularmente las pruebas de ADN son de ayuda al momento de vincular o eliminar sospechosos de un hecho delictivo.

Los fluidos corporales y sus manchas son pruebas biológicas útiles para estudios forenses, serológicos y como ya se mencionó el análisis del ADN; los más comunes son sangre, líquido seminal y saliva. Un ejemplo de su estudio, es la sangre menstrual ya que se puede investigar la posibilidad del acontecimiento de un delito de agresión sexual, al igual que las secreciones vaginales. Así mismo, los fluidos presentes en el vómito, pueden ser importantes para las investigaciones de delitos violentos. Ahora bien la evidencia biológica relacionada con la piel es importante en las investigaciones forenses, específicamente en identificación.

El pelo, tomando en cuenta tanto del cuero cabelludo como el vello púbico, constituyen evidencia biológica que se encuentra en un posible hecho delictuoso, los métodos que se realizaban para el análisis de estos, se limitaban a la morfología y comparaciones; sin embargo los cabellos humanos contienen ADN, por esta razón se fue desarrollando la reacción en cadena de polimerasa, siendo esta, una técnica de amplificación la cual permitió analizar pequeñas cantidades de ADN en el cabello que contara con bulbo.

Además del ADN, los análisis de muestras biológicas también se pueden realizar para identificar alguna intoxicación; aunque es importante recalcar que no siempre un resultado positivo confirma que hay una intoxicación. Para poder ejecutar un análisis toxicológico es necesario llevar a cabo: Fase pre-analítica, la cual incluye historia clínica del paciente, toma de muestra, ficha del laboratorio, determinaciones bioquímicas clínicas (glucosa en sangre, estado ácido base, anión GAP, osmolaridad de plasma, enzimas plasmáticas, actividad de las colinesterasas, transaminasas, gammaglutamil-transpeptidasa o transferasa, creatin fosfoquinasa, coagulación y hemostasia, hemograma [volumen eritrocitario, recuento leucocitario] ); fase analítica, y fase post analítica, en la que se evalúan los resultados, así como la realización del informe final.

Hay ocasiones en que la presencia de más de un tóxico puede llegar a complicar un análisis, razón por la cual es necesario realizar más de un exámen en diferentes muestras.

Los métodos utilizados son:
Exámen físico de la muestra: en el que las elevadas concentraciones de algunas drogas o metabolitos pueden impartir colores característicos en algunas matrices biológicas como la orina, así como en el contenido estomacal y residuos de la escena (los colores manejados son: incoloro, marrón o negro, amarillo o anaranjado, rojo vino, azul o verde, negro; los cuales dan referencia a sustancias como, nitrobenceno, fenolftaleína, fenotiazinas entre otras, así mismo algunas de las sustancias como cianuro, etanol, arsénico, por mencionar algunos pueden presentar olores característicos, como almendras amargas, licores de frutas, ajo, naftalina, peras, petróleo, etc.).

Pruebas cromáticas de screening: esta es utilizada ya que algunas drogas y otros tóxicos se encuentran en concentraciones altas y en ausencia de compuestos que interfieran dan colores característicos con reactivos apropiados. Las reacciones cromáticas se utilizan de acuerdo a las características del extracto y de acuerdo al grupo funcional.

Los ensayos inmunológicos: son realizados sin aislamiento previo de la orina del analito de interés. Su utilidad radica en la detección de drogas o sus metabolitos en los fluidos biológicos de quienes ingresen en estado de coma y las circunstancias hicieran sospechar de alguna ingesta de drogas por ejemplo.

La microdifusión, se basa en liberar un compuesto volátil de una muestra mediante un reactivo liberador colocado en el comportamiento exterior de la cámara de Conway, permitiendo así la identificación de tóxicos volátiles.

La extracción y aislamiento únicamente es utilizado cuando soluciones acuosas necesitan algún pretratamiento de las muestras.

Posterior al aislamiento se identifica los tóxicos orgánicos fijos, a través de: reacciones cromáticas o pruebas de toque en el eluato, métodos espectrofotométricos, métodos cromatográficos.