Nội dung chủ yếu của đo lường là thu thập và nghiên cứu dữ liệu. Tùy thuộc mục đích của dự án,đoạnđolườngtrongSigmakhidoanhnghiệpápdụngđểnângcaonăngsuấkết quả chivas các phép đo có thể thực hiện ngay hoặc đòi hỏi nhiều thời gian và công sức. Ví dụ, việc thu thập dữ liệu về vấn đề cụ thể có thể thực hiện rất nhanh nếu như dữ liệu đã có sẵn, việc tập hợp dữ liệu chỉ mất vài giờ. Nhưng nếu như không có sẵn dữ liệu trong hệ thống thì việc đo lường, tập hợp dữ liệu có khi mất vài tuần thậm chí vài tháng. Đây là giai đoạn đòi hỏi đầu tư lớn về cả thời gian lẫn tài chính.

Nhóm dự án tại doanh nghiệp khi áp dụng căn cứ vào mục đích của dự án cải tiến 6 Sigma để xác định phép đo, từ đó xác định dữ liệu cần thu thập. Thông thường, các dữ liệu sử dụng liên quan tới đặc tính chất lượng ở dạng thông tin bằng số (hoặc thông tin có thể được trình bày bằng các số liệu). Việc kiểm soát chất lượng được tiến hành với hai loại dữ liệu: dữ liệu về kết quả của đặc tính chất lượng và dữ liệu về quá trình chỉ ra nguyên nhân của đặc tính chất lượng. Dữ liệu về đặc tính chất lượng cần phản ánh các điều kiện chất lượng của quá trình.