Zunächst stellt sich die Frage, wie ein Wasserzeichen überhaupt entsteht. Echte, unterscheidbare Wasserzeichen sind nur in Papieren enthalten, die manuell geschöpft wurden – also vor der industriellen Herstellung Mitte des 19. Jahrhunderts.
Auf das Schöpfsieb, in welches die flüssige Papiermasse gegossen wurde, war ein Drahtzeichen aufgenäht. An dieser Stelle wurde das Papier dünner, so dass das Licht dort bei der Durchsicht stärker durchscheint. Dieses Drahtzeichen repräsentierte meist das Firmenzeichen oder einen Buchstaben, der auf die jeweilige Papiermühle zurückgeführt werden kann – wie eine Art Marken- bzw. Herkunftszeichen oder ein Label (Vgl. Litschauer, S. 155). Die Drahtzeichen nutzten sich jedoch mit der Zeit ab. Kleinste verbogene Stellen im Drahtzeichen oder Verschiebungen in der Position des Drahtzeichens wurden so natürlich auch durch das veränderte Wasserzeichen im Papier für die Nachwelt sichtbar. Oftmals wurden die verbogenen und verschobenen Drahtzeichen ausgebessert oder auch ausgetauscht. Dabei war ein jedes Wasserzeichen nie vollkommen gleich wie andere Zeichen derselben Art, da die Drahtzeichen mit Hand hergestellt wurden und somit jedes Zeichen ein Unikat darstellte (Vgl. Litschauer, S. 156). Auf genau dieser Tatsache beruhen Wasserzeichendatierungen.
Als Meilensteine in der Wasserzeichenforschung müssen in jedem Fall die Namen Briquet und Piccard fallen. Charles-Moise Briquet lieferte einen ersten, äußert umfangreichen, heute aber leider kaum noch zu gebrauchenden Katalog an Wasserzeichen. Seine Herangehensweise, die Wasserzeichen in Motivfamilien einzuordnen, ist heute jedoch mehr als strittig. Er ordnet die Wasserzeichenpaare nach Identität, Ähnlichkeit und Nichtidentität. Laut Briquet seien die Zeichen zeitlich umso näher verwandt, je ähnlicher sie untereinander sind, wobei er eine morphologische Entwicklung der Wasserzeichen von einem Urtyp aus annahm (Vgl. Roth, S. 240). Er gab fälschlicherweise an, dass das Papier aus der gleichen Schöpfform 15 Jahre lang gebraucht wurde (Vgl. Gerardy, S. 217). Tatsächlich jedoch wurde eine Papiersorte für gewöhnlich innerhalb von drei bis vier Jahren aufgebraucht (Vgl. Roth, S. 241 und Gerardy, S. 218). Berücksichtigen muss man allerdings, dass das Papier im Einzelfall sehr viel länger ungebraucht gelegen haben konnte (Vgl. Gerardy, S. 218). Somit wird durch die Wasserzeichenanalyse zumindest der „terminus ante quem non“ ermittelt, im Allgemeinen mit einer Genauigkeit von etwa drei bis vier Jahren.
Im Gegensatz zu Briquet geht Gerhard Piccard, der teilweise auf Briquets Wissen aufbaut, aber sehr viel genauer vorgeht, davon aus, dass „identische Papiere mit identischem Wasserzeichen […] innerhalb eines gleichen Zeitabschnittes beschrieben“ wurden (Piccard: Findbuch II, S.11, zitiert nach Roth, S. 241). Identität bezieht sich sowohl auf die Form als auch die Lage des Wasserzeichens auf dem Sieb. Dabei muss jedoch die Stetigkeit, also das mehrfache Auftreten des identischen Wasserzeichens, gelten. Durch den Vergleich mit mindestens drei sicher datierten Schriftstücken desselben Wasserzeichens wird so der Verwendungszeitraum des Papieres ermittelt (Vgl. Roth, S. 241). Die Ähnlichkeit von Wasserzeichen spielt in Piccards Betrachtungen keine Rolle.
Stevenson und Gerardy schlagen ein noch akkurateres System vor, das auf der Analyse der von den Schöpfformen hinterlassenen Spuren basiert. Nur wenn das Papier nachweislich aus derselben Schöpfform stammt, kann man sicher davon ausgehen, dass das Papier in dem gleichen Zeitraum gefertigt wurde. Schließlich kam es nicht selten vor, dass sich Drahtzeichen in einer Schöpfform innerhalb kürzester Zeit verschoben und verformten. Andersherum wurden häufig alte noch brauchbare Wasserzeichen nach längerer Zeit in anderen Schöpfsieben wiederverwendet, so dass Wasserzeichen trotz größerer zeitlicher Distanz der Papierschöpfung identisch sein können (Vgl. Gerardy, S. 218). Eine Schöpfform hingegen wird in einem Stück so lange gebraucht worden sein, wie sie gehalten hat. Hier stellt sich die Frage nach einer Wiederverwendung nicht, so dass Papiere aus derselben Schöpfform zwangsläufig zeitnah geschöpft worden sein müssen.
War die gängige Vorgehensweise bei Briquet und Piccard das Abpausen der Wasserzeichen, so reicht dies für die Methode Stevensons und Gerardys nicht aus. Bessere Qualitäten werden durch hochauflösende digitale Fotographien, durch Kontaktkopien oder Direktkopien mittels Lichtpause erreicht (Vgl. Gerardy, S. 219 und Konrad, Sp. 1916). Erst so kann man auch die Merkmale sichtbar machen, die Aussagen über die Herkunft des Papiers hinsichtlich ihrer Schöpfform bereithalten. Als solche Merkmale gelten z.B. das Papierformat – sofern das Papier nicht beschnitten ist, die Lage des Wasserzeichens zu den Bogenrändern oder im Papier ersichtliche Besonderheiten des Siebes wie Hilfsdrähte, Beschädigungen und Flickstellen. Ebenso wie das Drahtzeichen hinterlassen auch so genannte Kett- und Rippdrähte ihre Spuren als Kett- und Ripplinien im Papier. Diese Quer- und Längsdrähte zur Stabilisierung der Schöpfform stehen in bestimmten, sehr individuellen Abständen zueinander und sind daher sehr gut als Unterscheidungsmerkmal geeignet, sowohl in ihrer Anzahl und Anordnung als auch im durchschnittlichen Abstand der Drähte zueinander – den so genannten Kett- und Rippzahlen. Auch die Lage des Wasserzeichens zu diesen Drähten kann ein wichtiges Kriterium sein. Insbesondere auch die Spuren von den Nähdrähten, mit denen das Drahtzeichen auf dem Sieb befestigt wurde, sind ein wichtiger Indikator dafür, ob ein Zeichen in einer anderen Schöpfform wieder verwendet wurde oder ob nichtidentische Zeichen aus derselben Form lediglich Varianten durch Verbiegungen und Verschiebungen darstellen (Vgl. Gerardy, S. 221f.).
Bevor man jedoch das Papier mitsamt Wasserzeichen abpaust, abfotografiert oder kopiert, stellt sich die Frage nach einer einheitlichen Vorgehensweise aller Forscher in Hinblick auf die Lage des Papiers beim Kopieren, um unnötiges Wenden und Drehen der zu vergleichenden Wasserzeichen zu ersparen. Gerade bei symmetrischen Wasserzeichen können sich bis zu vier verschiedene Möglichkeiten ergeben, wie der Papierbogen zu liegen hätte. Gerardy schlägt daher vor, das Papier so zu legen, dass sich der Hauptteil des Wasserzeichens in der linken Hälfte des Bogens befindet. Ist dies nicht möglich, so soll das Papier so wie in der Schöpfform mit der Siebseite nach unten liegen (Vgl. Gerardy, S. 219f.). Wie die Praxis zeigt, herrscht jedoch leider Uneinigkeit unter den Wissenschaftlern in diesem Punkt. So schlagen Alan Tyson und Ulrich Konrad genau die umgekehrte Methode, die raue Seite – also die Siebseite – nach oben zu legen, vor (Vgl. Litschauer, S. 155f. und Konrad, Sp. 1916).
Es können jedoch noch viele weitere Probleme bei der Wasserzeichendatierung auftreten. So kommt es nicht selten vor, dass ein Papierbogen in mehrere Blätter geschnitten wurde, so dass man jeweils nur einen kleinen Teil oder gegebenenfalls gar kein Wasserzeichen mehr erkennt bzw. aufwändige Rekonstruktionen anstellen muss. Billiges Papier wurde oftmals auch gänzlich ohne Wasserzeichen hergestellt (Vgl. Konrad, Sp. 1916). In solchen Fällen kann man jedoch die von Stevenson und Gerardy vorgeschlagenen Methoden anwenden, in dem man die übrigen Merkmale der Schöpfformspuren analysiert. Außerdem ist der Zustand des Papiers fast immer mangelhaft.
Dennoch hat sich die Wasserzeichenanalyse als Datierungsmethode durchgesetzt und kann zu relativ genauen und zuverlässigen Ergebnissen führen, wie folgendes Beispiel zeigen wird.