根據(jù)被加工件的材料和形面的不同，常用的超精密加工工藝方法主要分三大類：切削加工法、磨削加工（含研、拋）法和電物理加工法。
切削加工法
切削加工法主要是采用優(yōu)質的自然金剛石作刀具的切削刃，對有色金屬、玻璃或陶瓷工件進行車削和銑削加工，可以加工端面、球面和拋物面等曲面
超精密車削加工中，金剛石刀具的刃磨是關鍵。刀尖的圓弧半徑應為被加工表面要求值的五分之一左右，一般γc小于10nm，用鑄鐵研具進行研拋時，可獲得γc=3~5nm。再小的γc值則要用離子束加工來獲得。實踐證實，采用這樣的刀具，便于切削速度在很大（V=120~3600m/min）的范圍內變化，而不影響被加工表面的粗糙度值。
常選的切削用量是：加工有色金屬時V=120~4000m/min，加工玻璃或陶瓷時V=15~120m/min；根據(jù)刀尖圓弧末徑γc值的不同，進給量可在0.1~10μm/r的范圍內選取，切削深度則為t=0.05~0.1μm。
在用霧化酒精或溫度可控的礦物潤滑油冷卻的情況下，高質量的單晶金剛石刀具的耐用度（用一次刃磨後切刃可以有效地進行切削的長度來衡量）可達1500km。
切削加工法所能達到的最高水平：面形精度為0.025μm、表面粗糙度為Ra=2~4nm。
磨削加工法
磨削加工法是采用精細磨粒的砂輪或砂帶進行磨削和研、拋的加工。此法多用于硬度較高的玄色金屬材料加工，也可用于玻璃及陶瓷等非金屬材料的加工。它可以加工比用切削法加工更大的工件表面――平面、圓柱面、球面和非球面。
圓柱形鏡面通常用磨削方法加工，磨削速度選V=25~35m/s，粗磨時t=0.02~0.07mm，精磨時t=3~10μm；當用油石研、拋時，V=10~50m/min，材料的往除速度為0.1μm~1μm/min。超精磨削可達到0.01μm的圓度和Ra 0.002μm的表面粗糙度。
電物理加工法
電物理加工的方法有多種，其中獲得最廣泛應用的是電磨料拋光和離子束表面加工。前者的實質是使電解加工過程中所產(chǎn)生并留下的氧化膜由磨料從被加工表面上往掉以獲得鏡面；後者則是借助離子發(fā)生器射出的離子束對表面進行研、拋。
離子束表面加工法如圖3所示：經(jīng)過預磨削加工的工件（2）被放置進真空度保持在1.33×10-3Pa的真空室（1）中，離子發(fā)生器（8）射出的離子束以高達30K電子伏的強度作用在被加工的表面上，并以1μm ~5μm/h的速率往除表層材料，從而達到10nm乃至更高的外形精度。
在工作過程中，離子發(fā)生器（8）射出的離子束打在工件上的強度和加工過程均由計算機（6）及程序軟件（5）來實現(xiàn)，而根據(jù)激光干涉儀（9）對被加工表面外形的檢測結果，借助驅動裝置（12）來調節(jié)光欄（掩蓋物）（11）改變離子束強度，通過控制器（7）控制離子發(fā)生器（8），通過驅裝置（3）和（4）控制工件位置，并由傳感器（10）來丈量和控制真空室（1）中的溫度，使之保持恒定。
除上述方法之外，還有其他的超精密復合加工方法，如電火花成形加工後繼而采用的流體拋光法、電化學拋光法、超聲化學拋光法、動力懸浮研磨法、磁流體研磨法以及采用ELID技術的磨削法等。采用ELID技術進行光學玻璃非球面透鏡加工時面形精度可達0.2μm，表面粗糙度則達Ra=20nm。