稀土元素相互分离的方法如分级结晶法、分级沉淀和均相沉淀法，因分离的效果不理想，手续冗长、费时，已很少用于矿石分析。
氧化还原分离法系以原子价的改变为基础，广泛用于具有变价的稀土元素如四价铈和二价铕、钐和镱的分离。
有机溶剂萃取法对于分离稀土元素是行之有效的方法。如用乙醚萃取四价铈可与其他稀土元素分离。近年来应用P204萃取分离稀土元素具有特别重要的意义，例如用0.75mol/LP204甲苯萃取时，镧-镥的分离因数可达3.5×105，相邻两镧系元素平均分离因数为2.5。P507性质与P204相似，相邻稀土元素的分离因数的平均值大子P204。
层析分离法包括纸色层法和柱上色谱法。在纸色谱法中，展开剂的选择很重要，用于稀土元素分离的展开剂有:丙酮-乙醚-硫氰酸-硝酸铵系统;丁酮-硫氰酸-硝酸铵系统，丁醇-8-羟基喹啉-乙酸-硝酸铵系统以及8-羟基喹啉-二甘醇甲醚-三氯甲烷-氯化钾系统等。
纸色谱法的优点是操作简便，由于某些稀土元素在展开时存在拖尾现象，影响分离效果。近年来提出用高压直流纸上电泳法可将15个稀土元素分离，但在常规分析中尚未使用。用乙醚-四氢呋喃-P204-硝酸(100+15+1+3.5)对所有的稀土元素具有很好的分离效果，大量铀存在以及复杂矿石中镧系元素的分离都能得到同样的效果。在上述分离系统中，采用双向薄层色谱分离钼、锆、铀、钇、铕、钐、钷、钕、镨、铈、镧、钡、锶、碲等元素，且可以分离测定岩石和独居石中的稀土元素。
柱上反相分配层析法中以负载于三氟氯乙烯、硅藻土或多孔硅胶等担体上的P204或P507作固定相，以适当浓度的盐酸、硝酸或高氯酸溶液作流动相可以将稀土元素分成两组、多组或将15个稀土元素相互分离。在一般情况下的分离效果，P507优于P204。以P507萃淋树脂作固定相的分离又优于负载在一般担体上的P507的固定相。柱上色层法分离稀土元素，目前应用最广。
离子交换法也是分离稀土元素较为有效的方法。此法不但利用稀土元素在交换剂上交换势的微小差别进行分离，而且更主要的是利用各稀土元素所形成的配合物其稳定性不同的特性来增进分离效果。常用的配位合剂有:乙酸铵、EDTA、柠檬酸、磺基水杨酸、乳酸和α-羟基异丁酸等。尤以α-羟基异丁酸效果较好。
高速离子交换色谱法，不仅使稀土元素相互分离，而且也大大地缩短了分离时间;α-羟基异丁酸浓度梯度或pH梯度淋洗效果更好，可在0.5h内完成15个稀土元素相互分离。
总之，对稀土元素间的相互分离，迄今为止各类方法均有其优缺点，在实际使用中有一定局限性。