Большинство методов экспериментального наблюдения дислокаций основано на регистрации искажений в решетке, обусловленных дислокацией.
Простейший метод обнаружения дислокаций – метод избирательного травления. Избирательное или селективное травление – обработка поверхности кристалла специально подобранным химическим реактивом, в результате действия которого на поверхности образуются мелкие ямки. Огранка ямки зависит от симметрии грани кристалла. Ямки образуются в тех местах, где на поверхность кристалла выходит дислокация и, значит, структура кристалла нарушена. Расположение и число ямок травления характеризуют дислокационную структуру кристалла. По числу ямок травления на единице площади определяют плотность дислокаций.
Определение плотности дислокаций по ямкам травления является основным промышленным методом контроля качества кристалла, но этот метод применим лишь для кристаллов с плотностью дислокаций, меньшей чем (104-106)см-2. При большей плотности дислокаций уже не удается различить отдельные ямки травления, они все сливаются друг с другом.
Более наглядным является метод декорирования (метод Деша), в котором дислокации делаются видимыми, потому что на них осаждаются чужеродные частицы. Так, если кристалл кремния подвергнуть отжигу в парах меди, то атомы меди осаждаются вдоль линий дислокаций, делая их видимыми в инфракрасном свете. Этот метод позволяет наблюдать дислокационную структуру в глубине кристалла.
Самые мощные из экспериментальных методов прямого наблюдения дислокаций – это рентгеновские методы и электронная микроскопия. С помощью электронного микроскопа удается разрешать отдельные плоскости решетки и непосредственно видеть отдельные дислокации, как края оборванных плоскостей.
Метод рентгеновской топографии дает возможность исследовать толстые и достаточно большие образцы. В этом методе используется брэгговское отражение, а дифракционный контраст получается из-за того, что локальная деформация решетки, связанная с дефектом, изменяет условия отражения и рассеяния лучей.