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Bis zu den ersten Experimenten mit Zugvögeln (Kap. 3) kannte man nur die zufällige oder systematische Beobachtung als Untersuchungsmethode in der Vogelzugforschung, bisweilen auch die Jagd. Heute sind der modernen Zugforschung eine Fülle von Methoden dienlich, teils einfache und altbewährte, die immer noch unentbehrlich sind, und zunehmend mehr neueste Verfahren aus vielen Bereichen, vor allem der Biologie, der Chemie und Physik, aber auch der Medizin oder der Weltraumforschung. Im Folgenden werden zunächst in den Abschnitten 4.1–4.7 Methoden der Vogelzugforschung im Freiland beschrieben, in 4.8–4.10 experimentelle Verfahren zum Studium gekäfigter Vögel sowie Laboratoriumsmethoden. Im Vordergrund von Vogelzugstudien stehen meist folgende sieben Hauptfragen:

1. Welche exogenen und/oder endogenen Faktoren bewirken, dass Individuen, Populationen oder Arten teils Zug-, teils Standvögel sind?

2. Wann beginnen sich Zugvögel für den Zug vorzubereiten, und was bewirkt den Beginn?

3. Wie wird der Zugbeginn ausgelöst?

4. Wie ist die Zugrichtung festgelegt und wie wird sie realisiert?

5. Wie wird der Zugablauf gesteuert?

6. Wenn, wann, wie und wo rasten Zugvögel unterwegs?

7. Wie wird das Ende einer Zugperiode bestimmt?

Wie bei vielen anderen biologischen Phänomenen gilt es dabei stets sorgfältig zwischen den proximaten und den ultimaten Faktoren zu unterscheiden. Die proximaten oder unmittelbaren sind die aktuell regulierenden Umweltfaktoren, wie z.B. die Photoperiode, die in Verbindung mit endogenen Rhythmen an der Zugauslösung beteiligt ist (6.12). Die ultimaten oder mittelbaren sind die evolutiv selektionierenden Umweltfaktoren, die, wie z.B. das jahreszeitlich wechselnde Nahrungsangebot, Zugverhalten ursprünglich haben entstehen lassen (Kap. 2, 6 u. 10).