Būtiska ir pasaules valodu grupēšana pēc to iekšējām pazīmēm (materiālā vai struktūras līdzība): ģenealoģiskā klasifikācija un tipoloģiskā klasifikācija. Tās palīdz orientēties pasaules valodu daudzveidībā, kā arī tuvoties cilvēku valodas universālās būtības izpratnei. Pats klasifikācijas process veicina valodu pētniecību un stiprina gan vispārīgās valodniecības teorētiskos pamatus, gan bagātina konkrētās valodniecības zināšanu krājumu un palīdz lietišķās valodniecības, piemēram, valodu mācīšanas un tulkošanas, teorētisko un praktisko uzdevumu risināšanā.

Noderīga ir arī pasaules valodu klasifikācija pēc ārējām pazīmēm (areāls, sociālās funkcijas, runātāju skaits, rakstība un citas).

Ģeogrāfiskie atklājumi un tirdzniecības attīstība 15. un 16. gs., reformācija un apgaismība 16., 17. un 18. gs. ievērojami paplašināja pētnieku redzeslokā nonākušo tautu un valodu kopumu. Vārdi tika fiksēti daudzvalodu vārdnīcās – katalogos, piemēram, vācu dabaszinātnieka un ceļotāja Pētera Simona Pallasa (Peter Simon Pallas) “Visas pasaules valodu salīdzinošā vārdnīca” (Glossarium comparativum linguarum totius orbis, 1790‒1794), spāņu jezuīta un filologa Lorenco Ervasa (Lorenzo Hervas y Panduro) “Zināmo tautu valodu katalogs” (Catalogo de las lenguas de las naciones conocidas, 1800‒1804). Vācu izcelsmes zviedru ģeogrāfs un virsnieks Filips Johans Strālenbergs (Philip Johann von Strahlenberg) darbā Tabula polyglotta (1730) mēģināja klasificēt ziemeļaustrumu Eiropas un Āzijas valodas. Īpašs ir vācu zinātnieku Johana Kristofa Adelunga (Johann Christoph Adelung) un Johana Severīna Fātera (Johann Severin Vater) četru sējumu darbs “Mitridāts jeb vispārīgā valodniecība ar Tēvreizi kā valodu paraugu gandrīz piecsimt valodās un izloksnēs” (Mithridates oder allgemeine Sprachkunde mit dem Vater Unser in bei nahe fünfhundert Sprachen und Mundarten, 1806‒1817), kas iznāca Berlīnē. Tajā iekļautās valodas vispirms grupētas pa kontinentiem: 1. sējumā aplūkotas Āzijas, 2. sējumā – Eiropas, 3. sējumā – Āfrikas un Amerikas valodas. Pēc tam katra kontinenta valodas grupētas pēc to cilmes (Stamm), bet Āzijas valodas – arī pēc vārdu uzbūves.

Kad 19. gs. pirmajā ceturksnī valodu salīdzināšanai un grupēšanas mēģinājumiem pievienojās izpratne par to, ka valodu līdzība ir izskaidrojama ar to radniecību, radās salīdzināmi vēsturiskā metode. To izmantojot, tapa un attīstījās valodu ģenealoģiskā klasifikācija. Salīdzināmi vēsturiskās valodniecības pamatlicējs Berlīnes Universitātes (Universität Berlin) profesors Francis Bops (Franz Bopp), salīdzinādams sanskrita un vairāku Eiropas un Āzijas valodu darbības vārdu locīšanu un atklājis regulāru līdzību un fonētisko atbilsmju sistēmu, skaidroja to ar šo valodu radniecību. Šo radu valodu saimi viņš ierosināja saukt par indoeiropiešu valodām un radīja pirmo šīs saimes valodu salīdzināmo gramatiku. 19. gs. 50.‒60. gados cits ievērojams vācu valodnieks Augusts Šleihers (August Schleicher) izveidoja indoeiropiešu valodu ciltskoku, uzskatāmi rādīja šo valodu rašanos no vienas pirmvalodas un pūlējās to rekonstruēt.  

Radniecīgas valodas, kas cēlušās no vienas pirmvalodas dialektiem, laika gaitā tiem attīstoties par patstāvīgām valodām, veido valodu saimi. No pirmvalodas tās mantojušas kopīgus leksikas, fonētikas un gramatikas elementus, kuri laika gaitā var būt dažādi pārveidojušies. Piemēram, “māte” sanskritā ir māta (mātár), latīņu valodā māter, grieķu mētēr, lietuviešu mótina, krievu мать, poļu matka, čehu matka, senaugšvācu muoter, vācu Mutter, senangļu modor, angļu mother, senskandināvu modir, zviedru moder, franču mère. Ar salīdzināmi vēsturisko metodi iespējams noskaidrot pārveidošanās likumības, kā arī rekonstruēt senākās skaņas un formas. Par valodu radniecību liecina regulāras leksiskās, fonētiskās un gramatiskās atbilsmes.

Pasaulē ir apmēram 200 valodu saimes. Dažas ir ļoti plašas (indoeiropiešu, semītu, urāliešu (somugru), altajiešu, ķīniešu-tibetiešu un citas saimes), bet citās ir tikai nedaudz valodu vai pat viena ģenētiski izolēta valoda, piemēram, basku, japāņu, korejiešu valoda. Dažas saimes ir vairāk izpētītas, piemēram, indoeiropiešu, semītu, urāliešu (somugru), citas – mazāk.

Plašas saimes pēc valodu radniecības pakāpes ir dalāmas tuvāk radniecīgu valodu grupās. Piemēram, indoeiropiešu valodu saimē ir šādas grupas: indiešu, irāņu, slāvu, baltu, ģermāņu, romāņu, ķeltu, mirušās anatoliešu, mirušās tohāru valodas. Albāņu, armēņu un grieķu valoda katra par sevi veido atsevišķu grupu. Dažas grupas var sadalīt arī apakšgrupās, piemēram, ģermāņu grupā ir šķiramas rietumģermāņu, ziemeļģermāņu (skandināvu) un mirušo austrumģermāņu valodas, bet slāvu grupā ir austrumslāvu, rietumslāvu un dienvidslāvu valodas.

Ģenealoģiskā klasifikācija ir ilgtspējīga, resp., katras valodas piederība pie noteiktas saimes un grupas nemainās, ja vien ģenētiskie sakari nav kļūdaini noteikti. Tomēr valodu radniecības pētījumi var klasifikāciju papildināt, piemēram, atklājot vairāku saimju savstarpējo radniecību, veidojot virssaimes un piešķirot tām nosaukumus. Joprojām problemātiska ir daudzu Āfrikas, Dienvidamerikas, Okeānijas un Polinēzijas valodu klasifikācija, jo tās nav pietiekami izpētītas un aprakstītas.

19. gs. pirmajā ceturksnī sākās arī valodu grupēšana pēc to iekšējās uzbūves līdzības jeb tipoloģiskā klasifikācija. Tās aizsācēji ir vācu zinātnieki: brāļi Frīdrihs Šlēgelis (Karl Wilhelm Friedrich von Schlegel) un Augusts Šlēgelis (August Wilhelm Schlegel), kā arī Vilhelms fon Humbolts (Wilhelm von Humboldt). 19. gs. otrajā pusē tai pievērsās arī A. Šleihers, Heimanis Šteintāls (Heymann Steintahl), Filips Fortunatovs (Филипп Фёдорович Фортунатов) un citi, bet 20. gs. pirmajā pusē tālāk attīstīja Edvards Sepīrs (Edward Sapir).

Uzbūves līdzība tiek noskaidrota ar sastatāmo metodi, un grupēšanu var veikt pēc dažādām pazīmēm ‒ fonoloģiskām, morfoloģiskām, sintaktiskām un semantiskām.

Visvairāk izstrādāta ir morfoloģiskā tipoloģija, kas valodas grupē tipos, pirmkārt, pēc vārdu uzbūves, otrkārt, pēc gramatisko nozīmju izteikšanas līdzekļiem un paņēmieniem. Pēc šīm pazīmēm ir šķirami četri tipi: izolējošās (sakņu), aglutinatīvās, fleksīvās un inkorporējošās (polisintētiskās) valodas.

Izolējošajās jeb sakņu valodās vārdu veido viena vai vairākas saknes, tajās nav afiksu (piedēkļu, priedēkļu, galotņu), jaunus vārdus arī darina ar citām saknēm. Vārdi nav lokāmi, gramatiskās nozīmes un sintaktiskās attieksmes izsaka ar vārdu secību teikumā, ar uzsvaru vai intonāciju. Šo tipu pārstāv ķīniešu-tibetiešu saimes valodas, kā arī dažas Rietumāfrikas valodas.

Aglutinatīvas ir lielākā daļa pasaules valodu: urāliešu (somugru), altajiešu, kaukāziešu, tungusu-mandžūru, dravīdu, indonēziešu, paleoaziātu, bantu un citu saimju, kā arī japāņu un korejiešu valodas. To pamatpazīme ir aglutinācija – vārdu darināšana un gramatisko formu veidošana, nemainīgām saknēm vai celmiem mehāniski pievienojot viennozīmīgus, standartizētus piedēkļus vai priedēkļus. Morfēmu savirknējums ir vaļīgs, robežas starp morfēmām ir skaidras, katra morfēma izsaka savu nozīmi.

Fleksīvajās valodās gramatiskās formas veido, resp., gramatiskās nozīmes izsaka ar afiksiem, galvenokārt ar īpašu morfēmu ‒ fleksiju.

Indoeiropiešu saimes valodās to pievieno aiz saknes vai celma, un tā ir ārējā fleksija jeb galotne. Sakne ir vārda sastāvdaļa savienojumā ar citām morfēmām, tā var arī fonētiski mainīties. Afiksi ir daudznozīmīgi, tie vienlaikus var izteikt vairākas gramatiskās nozīmes. Tie nav standartizēti, t. i., viens afikss neder visiem vārdiem visos gadījumos. Afiksi pievienoti saknei vai celmam, sakūstot ar to, t. i., saknes beigu fonēmas un piedēkļa vai galotnes sākuma fonēmas savstarpēji ietekmējas, izraisot saknes beigu līdzskaņa miju. Morfēmu robežas tad saplūst, tātad notiek fūzija, aglutinācijai pretējs process.

Turpretī semītu valodās gramatiskās nozīmes izsaka, resp., gramatiskās formas veido, fleksiju iespraužot starp leksiskās nozīmes nesējiem ‒ trim saknes līdzskaņiem. Piemēram, arābu valodā trīs līdzskaņu k-t-b sakne izsaka jēdzienu ‘rakstīt’, bet kataba nozīmē ‘viņš rakstīja’, katibu – ‘rakstošais’, kitabu – ‘uzrakstītais’. Tātad patskaņu triādes ir iekšējā fleksija. Dažkārt arī indoeiropiešu valodās ir sastopama sava veida iekšējā fleksija, piemēram, vācu valodā saknes patskaņu mija t. s. stiprajiem darbības vārdiem pamatformās: singen ‘dziedāt’, sang ‘dziedāja’, gesungen ‘dziedāts’. Arī latviešu valodā ir iekšējās fleksijas gadījumi, piemēram, 1. konjugācijas 2. grupas darbības vārdu pamatcelmos: cirpt – cērpu ‒ cirpu. Taču indoeiropiešu valodās gramatisko nozīmju izteikšana ar iekšējo fleksiju nav tradicionāls paņēmiens.

Inkorporējošās jeb polisintētiskās valodas kā ceturto valodu tipu 1822. gadā ierosināja V. fon Humbolts, parādīdams, ka Amerikas indiāņu valodās un paleoaziātu valodās gramatiskās nozīmes izsaka vesels teikums, kurā aglutinējas vārdu saknes vienā veselumā, ar teikuma priekšmetu sākumā un izteicēju beigās, bet pa vidu iekļaujot (inkorporējot) papildinātājus ar apzīmētājiem un apstākļiem. Piemēram, čukču valodā teikums ti-ata-kaa-nmi-rkin nozīmē ‘es nonāvēju treknu briedi’, jo ti nosauc 1. personu, rkin nozīmē ‘darīt’, nmi – ‘nonāvēt’, bet kaa – ‘briedis’ un ata – ‘trekns’. Šī tipa valodās teikums ir kā viens vārds. Šis valodu tips turpmāk ir maz aplūkots.

Valodu morfoloģiskajā tipoloģijā būtisks ir arī tas, vai gramatiskās nozīmes izsaka vārda ietvaros, tās savienojot vārdformā ar leksisko nozīmi (sintētiski) vai ārpus vārda (analītiski). Piemēram, teikumā Māte stāsta bērnam pasaku. visas vārdformas ir sintētiskas, forma stāsta nosauc ne tikai darbību, bet izsaka arī tās laiku (tagadni), darāmo kārtu, īstenības izteiksmi, 3. personu, forma pasaku nosauc gan objektu, gan skaitli. Turpretī analītiskajā formā nozīmes ir sadalītas: leksisko nozīmi pauž vārds, bet gramatiskās nozīmes izsaka galvenokārt ar palīgvārdiem. Teikumā Māte ir stāstījusi bērnam pasaku. analītiskajā saliktās tagadnes formā ir stāstījusi palīgdarbības vārds izsaka tagadni, 3. personu, darāmo kārtu un īstenības izteiksmi, bet divdabis nosauc darbību, kas jau notikusi un izpaužas tagadnē.

Valodas pēc tā, kuras formas tajās dominē, dala sintētiskajās un analītiskajās. Senās indoeiropiešu valodas (sanskrits, sengrieķu, latīņu, senslāvu), lielā mērā arī latviešu, lietuviešu, krievu un vācu valoda ir sintētiskas, bet analītiskas ir angļu, jaungrieķu, jaunpersiešu, bulgāru un romāņu valodas. Valodu attīstībā ir vērojamas analītisma tendences, t. i., morfoloģiskā struktūra ir pārveidojusies no sintētiskas analītiskā, piemēram, angļu, dāņu valodā. Līdz ar šādām un citādām vēsturiskām pārmaiņām var mainīties arī valodas morfoloģiskais tips. Turklāt jebkurā tipā var konstatēt arī citu tipu iezīmes, piemēram, izolējošās valodās, konkrēti, mūsdienu ķīniešu valodā, ir vārdi, kas izsaka gramatiskās nozīmes, resp., funkcionē līdzīgi afiksiem.

20. gs. Ivans Meščaņinovs (Иван Ивaнович Мещанинов), Tadeušs Miļevskis (Tadeusz Milewski), Džozefs Harolds Grīnbergs (Joseph Harold Greenberg) un citi tipoloģiskajā klasifikācijā sākuši izmantot arī sintaktiskās un fonoloģiskās pazīmes, kā arī kvantitatīvās lingvistikas metodes.

Atšķirībā no ģenealoģiskās klasifikācijas tipoloģiskā izmanto daudzas dimensijas. Valodu struktūras vēsturiskās mainības dēļ mainīga ir arī tipoloģiskā klasifikācija. Tā ir arī relatīva, jo konkrēta valoda var ietilpt dažādos tipos atkarībā no grupēšanas uzdevumiem. 

Ar valodu klasifikāciju saistītos mūdienu pētījumos arvien lielāka uzmanība tiek pievērsta ārējām jeb ekstralingvistiskām pazīmēm, piemēram, areāliem, ģeopolitiskiem, kultūrvēsturiskiem, demogrāfiskiem faktoriem. Daudzveidīgajos tipoloģiskajos pētījumos aktivizējas valodu universāliju meklējumi. Taču problemātiska var būt pasaulē izplatīto pidžinvalodu un kreolisko valodu klasifikācija.