由于振动是动态参数，所以为表示振动的特性，通常采用各种图形方式来进行描述。振动信号分析就是将所采集的振动原始信号进行相应的数学处理，使其成为对振动故障诊断有用的图形或表格等形式。振动信号分析方法一般包括时域分析、频域分析、幅值域分析、相关分析、系统的传递特性分析及模态分析等。
1．时域分析法
时域分析法是将振动传感器采集的原始振动信息与异常时振动特征信息相比较，从而对振动故障做出初步判断。通常包括波形分析、轴心轨迹分析和轴心位置分析等方法。
（1）波形分析，在对原始振动波形分析中，除可观察到振动的瞬态峰值振幅和稳态振幅外，还可以确定其振动周期（频率）。有些振动，如拍振，通过波形可以很容易判定。另外，根据波形的形状也可初步判定一些振动故障原因。
（2）轨迹分析，在转子上同一径向轴承互成90度安装的电涡流振动传感器的输出振动信号，经放大器放大后，在示波器上所显示的轨迹表示转轴中心线的实际动态路径。
轴心运动轨迹的形状是有关机械运转状态的一个重要的信息。当系统在X、Y方向刚度对称时，则轴心轨迹为圆，此时安装在同一面这两个方向的振动传感器所测得的轴振动幅值均相同。但对于汽轮发电机组，转子及其支撑系统在X和Y方向刚度一般不对称，所以实际轴心轨迹为椭圆，表明X和Y方向测得的轴振动幅值有一定的差异，而且有时相差很大。
（3）键相分析，键相器通常是由一个单独的电涡流振动传感器所提供的，该振动传感器可观测转轴上每转一圈的不连续点，即转轴上的凹槽（键槽）或凸槽。当转轴上不连续点每次经过键相器时，传感器就会感受到在间隙距离上的变化，发生在不连续点出现的很短时间内，因而表现为每转一圈所产生的电压脉冲。转轴旋转时电压脉冲为一连串正向电压升或负向电压降。
键相器的主要作用是测量振动相位角。相位角定义为从键相器脉冲到振动信号的下一个正峰值之间转轴转过的角度。为了能测到相位角，振动信号的频率表现和转轴转动的频率相同或为其整数倍。因此要精确地测量相位角，必须对振动信号按转速频率进行滤波。
由于转轴每转一圈就会产生一个键相器脉冲帮键相器也可用来测量转轴转速（旋转频率）或转动周期。
（3）直流分量及浮起量的分析。在采用电涡流振动传感器测量转轴振动的同时，其输出直流电压（间隙电压）与转轴和振动传感器之间的平衡间隙成正比。在油膜轴承中，可以根据测试系统灵敏度由该间隙电压换算成轴颈在油膜中的浮起量，也可称之为偏心位置。
2．频域分析法
频域分析法是振动故障诊断最常用的方法。它利用频谱分析技术将时域振动信号变为频域振动信号，将构成振动信号的各种频率成分都分离出来，以便进行振源的识别。
常用的振动频谱是幅值谱和功率谱。幅值谱表示对应于各个频率的谐波振动分量的振幅，应用时比较直观，幅值谱上各频率下谱线的高度就是该频率分量振幅的大小。功率谱表示振动功率随振动频率的分布状况，物理意义比较清楚。