По характеру изучаемых свойств и применяемым методам выделяют следующие разделы П.: петрохимия , петрофизика , петротектоника , физико-химическая и экспериментальная П., техническая П., космическая П.
Выяснение всего комплекса химических взаимоотношений в отдельных породах и в их естественных сочетаниях составляет содержание раздела П.— петрохимии.
Развитие инженерно-геологических и геофизических исследований активизировало изучение физических свойств горных пород и привело к появлению новой ветви в П.— петрофизики, устанавливающей связь физических свойств горных пород с их составом, структурой и историей формирования.
Петротектоника (структурная петрология) — раздел П., изучающий связи между геометрическими закономерностями микроструктур горных пород и движениями или деформациями в них с целью выяснения действующих сил и напряжений. В её основе лежит микроструктурный (петроструктурный) анализ, направленный на установление господствующей пространственной ориентировки плоскостных и линейных компонентов структуры горной породы.
Физико-химическая П. на основе общих законов термодинамики выявляет связи между химическим и минеральным составами горных пород, с одной стороны, и общими условиями их формирования — с другой.
Экспериментальная П. занимается моделированием природных процессов образования горных пород (составляющих их минералов и минеральных ассоциаций).
Особое направление в развитии П. составляет техническая П., начало которой было положено трудами советского геолога Д. С. Белянкина. Техническая П. выявляет с помощью петрографических методов минеральный состав технических продуктов (шлаков, фарфора, цемента, стекла, керамики, каменного литья), тем самым оказывает большую помощь силикатному и металлургическому производству. В свою очередь, используя опыт техники в части образования каменных продуктов, техническая П. помогает расшифровывать многие процессы породообразования.
Космическая П., оформившаяся в 1970-е гг., изучает метеориты , горные породы Луны и др. планет.
Исторический очерк. До середины 19 в. проблемы П. решались частично минералогией и общей геологией; в это время были заложены её основы. В частности, было проведено разделение всех горных пород по их генезису на осадочные, магматические и метаморфические. Зарождение П. как науки относится к середине 19 в., когда Г. К. Сорби показал возможность изучения минерального состава горных пород в шлифах под микроскопом. Далее в практику исследовательских работ по П. был введён поляризационный микроскоп, а затем усовершенствованы методы кристаллооптических исследований (немецкие петрографы К. Г. Розенбуш и Ф. Циркель, французские — Ф. Фуке, О. Мишель-Леей , советский — А. П. Карпинский , американский — Э. Ларсен), разработан теодолитный метод изучения оптической констант минералов в шлифах при помощи универсального столика (Е. С. Федоров ). Были предложены способы определения состава минералов по их кристаллооптическим свойствам, лежащие сейчас в основе изучения вещества горных пород (Е. С. Федоров, В. В. Никитин, американский учёный А. Уинчелл). Теодолитный (федоровский) метод породил микроструктурный анализ (немецкие учёные Б. Зандер, Г. Беккер, В. Шмидт, советский — Н. А. Елисеев).
Параллельно усовершенствовались методы химических исследований горных пород, что в совокупности с появлением богатого описательного петрографического материала привело к созданию в 1920—30-е гг. количественно-минералогического (П. Ниггли , Б. М. Куплетский и др.) и химического (Ф. Ю. Левинсон-Лессинг , А. Н. Заварицкий , К. Г. Розенбуш, П. Ниггли) классификаций магматических горных пород, основанных на различных способах пересчёта химических анализов горных пород.