I segnali forniti dai trasduttori sono in genere di ampiezza modesta mentre i convertitori sono in grado di convertire tensioni dell'ordine dei volt (con valori di fondo scala VFS = ± 5,5 10 V); conviene pertanto provvedere un'adeguata amplificazione del segnale in modo che la sua escursione sia compatibile con i valori di tensione ammessi dal convertitore e si avvicini al valore della tensione di fondo scala. Ad esempio il segnale di un trasduttore con escursione 0 - 100 mV, che debba essere convertito da un ADC con tensione di fondo scala VFS = 10 V. dovrà essere amplificato di un fattore 100. In questo modo si sfrutta appieno la risoluzione del convertitore e si ottiene una migliore precisione ed una maggiore sensibilità del sistema d’acquisizione complessivo. Normalmente l'amplificatore deve avere elevata resistenza d’ingresso in modo da non caricare il circuito del trasduttore. In molti casi poi occorre traslare il livello del segnale del trasduttore, ovvero sommargli un offset positivo o negativo, per adeguare la polarità del segnale a quella ammessa dal convertitore o per compensare eventuali livelli indesiderati di tensione continua. In altri casi è necessario convertire un segnale di corrente fornito dal trasduttore in un segnale di tensione. Qualche volta infine occorre rilevare le variazioni di un segnale oppure il suo valor medio. Questi problemi possono essere risolti utilizzando gli amplificatori operazionali nelle varie configurazioni note.
L'uso di amplificatori da strumentazione offre un significativo miglioramento delle prestazioni generali (basse correnti di polarizzazione, ridotta tensione di offset, ecc.) anche rispetto ai problemi di deriva termica. In commercio sono disponibili vari tipi di amplificatori da strumentazione, da quelli relativamente semplici (Burr Brown INA10l) a quelli più sofisticati, a chopper, a commutazione con autozero (CAZ: commutating auto-zero), a quelli programmabili.
Per applicazioni in cui siano presenti tensioni di modo comune molto elevate occorre spesso impiegare amplificatori speciali chiamati amplificatori di isolamento. In particolare essi sono indispensabili nelle applicazioni, come quelle elettromedicali, in cui è necessario mantenere un sicuro isolamento fra la circuiteria connessa al punto di prelievo del segnale (ad esempio il paziente sotto esame) e la circuiteria connessa al resto del sistema (alimentazione ed elaborazione). È interessante osservare che fondamentalmente essi presentano il blocco circuitale di ingresso galvanicamente isolato dallo stadio di uscita e dal blocco di alimentazione. L'isolamento è ottenuto o con accoppiamento a trasformatore o con accoppiamento ottico.