המחקר האטימולוגי מתבסס על שיטות עבודה של הבלשנות ההיסטורית, ובו מושוות מילים בין שפות קרובות. לאור הנחת סדירותם של מעתקי ההגאים, החוקרים מנסים לתאר במדויק את צורתן המשוערת הקדומה של המילים או הצורנים (מילת היסוד המוקדמת ביותר מכונה "אטימון") ואת גלגוליהן במהלך ההיסטוריה. באופן זה נמצאו שורשים של מילים, ובזכותם אפשר לעקוב אחר גלגוליהן מאז שחר ימי משפחת השפות שלהן. אטימולוגים מנסים גם לשחזר מידע על אודות שפות עתיקות (כגון כתובים).

המילה "אטימולוגיה" עצמה מגיעה מהמילים היווניות ήτυμος (אטימוס, "אמיתי") ו-λόγος (לוגוס, "חקר של"). "גיזרון של מילה" פירושו מוצאה.