La caratterizzazione di opere d'arte in termini di materiali e tecniche artistiche richiede metodologie di analisi particolarmente sensibili, soprattutto per studi di provenienza e classificazione. Una tecnica adatta per questo scopo è la Spettrometria di Massa con Sorgente al Plasma, accoppiata ad un sistema di Ablazione Laser, in caso di indagini superficiali e stratigrafiche. In questo lavoro viene discussa l'applicazione della tecnica a casi studio di indagine di materiali lapidei (malte e stucchi), manufatti metallici archeologici e ossa umane preistoriche. I risultati ottenuti sono stati trattati mediante tecniche chemiometriche, in grado di mettere in rilievo l'informazione rilevante contenuta nei dati.