Η ποσοτική αναλυτική χημεία προσδιορίζει ποσότητες γνωστών ουσιών σε ένα δείγμα. Τέτοιες δοκιμές εκτελούνται τακτικά για ποιοτικό έλεγχο, όπως για παράδειγμα το επίπεδο των δραστικών συστατικών σε κρύα δισκία. Η ποιοτική αναλυτική χημεία επιδιώκει να μάθει, όχι πόσο πολύ, αλλά τι υπάρχει – τις ταυτότητες άγνωστων ουσιών. Αυτοί οι προσδιορισμοί δεν είναι πάντα ρουτίνα και μπορεί να είναι αρκετά περίπλοκοι. Τα φυσικά και χημικά χαρακτηριστικά προσδιορίζονται όσο το δυνατόν πιο γρήγορα και οικονομικά, χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό προσεκτικά επιλεγμένων μεθόδων ενόργανης και υγρής δοκιμής.
Η ποιοτική αναλυτική χημεία χωρίζεται πιο εύκολα σε δύο τύπους: οργανική ανάλυση και ανόργανη ανάλυση. Η οργανική ποιοτική αναλυτική χημεία είναι η πιο σύνθετη από τις δύο. Υπάρχουν εκατομμύρια πιθανές οργανικές ενώσεις, χιλιάδες από τις οποίες είναι γνωστές και έχουν χαρακτηριστεί. Μια τυπική οργανική μοριακή δομή μπορεί να ενσωματώνει αλειφατικές αλυσίδες ή δακτυλίους, αρωματικούς δακτυλίους, αιθερικούς δεσμούς, ετεροάτομα, διπλούς και τριπλούς δεσμούς συν αλκοολικές, καρβονυλικές και καρβοξυλικές ομάδες. Οι ενόργανες μέθοδοι ταυτοποίησης είναι απαραίτητες και συνήθως περιλαμβάνουν χρωματογραφία αερίου-υγρού και ηλεκτροφόρηση, καθώς και υπέρυθρη, υπεριώδη και φασματοσκοπία μάζας.
Η οργανική ποιοτική αναλυτική χημεία είναι ένα από τα πιο ενδιαφέροντα και σημαντικά μαθήματα που διδάσκονται στα πανεπιστήμια. Απαιτεί σύνθετη γνώση μιας σειράς τύπων χημικών αντιδράσεων, καθώς και γενική κατανόηση των οργάνων και της ικανότητας ανάγνωσης φασμάτων, συμπεριλαμβανομένων των φασμάτων πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού. Η γνώση της χημικής σταθερότητας είναι απαραίτητη, καθώς ορισμένες δοκιμές μπορεί να βλάψουν ή να καταστρέψουν ένα δείγμα ή να παρουσιάσουν κίνδυνο για την ασφάλεια. Το μάθημα καταδεικνύει επίσης την εξοικείωση του φοιτητή με σημαντικές πηγές δεδομένων, συμπεριλαμβανομένης της ιστορικά ανεκτίμητης αξίας βιβλιοθήκης οργανικών ενώσεων Beilstein και των παραγώγων τους — που περιλαμβάνει χιλιάδες εγγραφές. Το Beilstein εξακολουθεί να είναι ένας σημαντικός πόρος.
Η φαρμακευτική βιομηχανία εξαρτάται ζωτικά από μια τεχνική ποιοτικής οργανικής αναλυτικής χημείας γνωστής ως χρωματογραφία λεπτής στιβάδας (TLC). Ένα πιάτο, ίσως γυαλί, έχει ένα ομοιόμορφο στρώμα προσροφητικού υλικού. Μικροσκοπικές σταγόνες υλικού δείγματος τοποθετούνται στην κορυφή μιας κεκλιμένης πλάκας και ο διαχωρισμός πραγματοποιείται μέσω μιας φθίνουσας φάσης διαλύτη. Αυτή η τεχνική απαιτεί μόνο ίχνη και δεν χρειάζεται υψηλές θερμοκρασίες που μπορεί να βλάψουν τις ευαίσθητες στη θερμότητα ουσίες. Οι ενώσεις διαχωρίζονται καθώς ταξιδεύουν σε διακριτές ζώνες, από τις οποίες η καθεμία μπορεί να ανακτηθεί και να μετρηθεί ποσοτικά, εάν είναι επιθυμητό.
Η ανόργανη ποιοτική αναλυτική χημεία εφαρμόζεται κυρίως σε χημεία χωρίς άνθρακα, συμπεριλαμβανομένων ιόντων μετάλλου, μεταλλοειδούς, υδροξυλίου, ανθρακικού και υδρογόνου. Η δοκιμή μπορεί να ξεκινήσει με μια απλή δοκιμή φλόγας ή μέτρηση pH ή μια χειροκίνητη τιτλοδότηση. Παλαιότερα οι τυπικές μέθοδοι δοκιμής υγρού έχουν αντικατασταθεί σε μεγάλο βαθμό από σύγχρονες ενόργανες μεθόδους, όπως η ατομική απορρόφηση ή η φασματοσκοπία ατομικής εκπομπής. Οι σύνθετοι προσδιορισμοί μπορούν να χρησιμοποιούν κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ, ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM) και φασματοσκοπία υπέρυθρου μετασχηματισμού Fourier (FTIR). Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν περιβαλλοντική ανάλυση και ανάλυση υλικών.