Η ποτενσιομετρία είναι μια μέθοδος που χρησιμοποιείται στην ηλεκτροαναλυτική χημεία για τη μέτρηση του ηλεκτροχημικού δυναμικού φορτισμένων σωματιδίων. Ένα σύστημα ηλεκτροδίων χρησιμοποιείται για τη μέτρηση αυτού του δυναμικού και την ανίχνευση ιόντων ενώ υπάρχουν και άλλες ουσίες. Δύο ηλεκτρόδια τοποθετούνται σε διάλυμα αναλυόμενης ουσίας και συνδέονται με ένα ποτενσιόμετρο. Οι μετρήσεις γίνονται πάντα όταν δεν υπάρχει ρεύμα ή υπάρχει πολύ λίγο ρεύμα, επομένως η σύνθεση της ουσίας που μετρήθηκε δεν αλλοιώνεται, καθιστώντας δυνατή την ποσοτική ανάλυση.
Σε ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο που συνδέεται με το ποτενσιόμετρο, χρησιμοποιείται ένα ηλεκτρόδιο αναφοράς που έχει δυναμικό ανεξάρτητο από οποιεσδήποτε μεταβλητές θερμοκρασίας ή αναλυόμενης ουσίας. Τα ηλεκτρόδια που χρησιμοποιούνται για αναφορά στην ποτενσιομετρία συνήθως περιλαμβάνουν υδρογόνο, κορεσμένη καλομέλα ή χλωριούχο άργυρο. Ένα ηλεκτρόδιο δείκτη εκτίθεται στο διάλυμα της αναλυόμενης ουσίας και το δυναμικό του ποικίλλει ανάλογα με τα ιόντα που υπάρχουν στο διάλυμα. Κάθε ηλεκτρόδιο τοποθετείται σε ξεχωριστό διάλυμα και συνδέεται με ένα μόνο όργανο ποτενσιόμετρου, ενώ μια γέφυρα αλατιού εκτίθεται σε κάθε δείγμα, ολοκληρώνοντας ένα ηλεκτρικό κύκλωμα.
Ο σκοπός των μετρήσεων με ηλεκτροχημικά στοιχεία είναι ο υπολογισμός των συγκεντρώσεων ιόντων χρησιμοποιώντας το δυναμικό του ηλεκτροδίου, τη σταθερά του καθολικού αερίου, τη σταθερά Faraday, το φορτίο των ιόντων και τη θερμοκρασία σε Kelvin. Μεταβλητές και σταθερές χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό του δυναμικού μιας ουσίας χρησιμοποιώντας την εξίσωση Nernst, που δημιουργήθηκε για πρώτη φορά στα τέλη του 1800. Στις αρχές του 1900, ανακαλύφθηκε ότι το δυναμικό θα μπορούσε να είναι διαφορετικό σε κάθε πλευρά μιας γυάλινης μεμβράνης εάν οι συγκεντρώσεις των ιόντων υδρονίου διέφεραν από τη μια πλευρά στην άλλη.
Τα όργανα που χρησιμοποιούνται στην ποτενσιομετρία περιλαμβάνουν επίσης μετρητές pH. Το pH καθορίζει εάν μια ουσία είναι οξύ, βάση ή ουδέτερο, γεγονός που μπορεί να επηρεάσει σε μεγάλο βαθμό τις μετρήσεις ποτενσιομετρίας. Σε ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο, ένα ηλεκτρόδιο αναφοράς, που ονομάζεται άνοδος, έχει ένα δυναμικό ανεξάρτητο από οποιαδήποτε μεταβλητή θερμοκρασίας ή αναλύτη. Ένα ηλεκτρόδιο δείκτη, που συχνά αναφέρεται ως κάθοδος, εκτίθεται στο διάλυμα της αναλυόμενης ουσίας και το δυναμικό του ποικίλλει ανάλογα με τα ιόντα που υπάρχουν στο διάλυμα.
Τα ηλεκτρόδια ένδειξης μπορεί να είναι μεταλλικοί τύποι ή εκδόσεις μεμβράνης, τα οποία ονομάζονται επίσης ιοντοεκλεκτικά ηλεκτρόδια. Το ποτενσιόμετρο χρησιμοποιείται για τη διεξαγωγή μετρήσεων κυκλωμάτων με χαμηλή αντίσταση. Για χρήση με γυάλινα ηλεκτρόδια υψηλής αντοχής, τα pHμετρα είναι κατάλληλα για την πραγματοποίηση ηλεκτροχημικών μετρήσεων κυκλωμάτων χαμηλής και υψηλής αντίστασης. Ένα ηλεκτρόδιο pH πρέπει να εμποτιστεί σε νερό για να λειτουργήσει και έχει σημαντικό σκοπό στην ποτενσιομετρία. Υπό τις κατάλληλες συνθήκες, οι ηλεκτροχημικές ιδιότητες οποιασδήποτε ουσίας μπορούν να προσδιοριστούν από ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο.