Kvantitativna analitična kemija ugotavlja količine znanih snovi v vzorcu. Takšni testi se izvajajo rutinsko za kontrolo kakovosti, kot je na primer raven aktivnih sestavin v hladnih tabletah. Kvalitativna analitična kemija želi vedeti, ne koliko, ampak kaj je prisotno – identitete neznanih snovi. Te odločitve niso vedno rutinske in so lahko precej zapletene. Fizikalne in kemijske lastnosti se določijo čim hitreje in poceni, s kombinacijo skrbno izbranih instrumentalnih in mokrih testnih metod.
Kvalitativno analitično kemijo najprimerneje razdelimo na dve vrsti: organsko analizo in anorgansko analizo. Organska kvalitativna analitična kemija je bolj zapletena od obeh. Obstaja na milijone možnih organskih spojin, od katerih jih je na tisoče znanih in opisanih. Tipična organska molekularna struktura lahko vključuje alifatske verige ali obroče, aromatske obroče, etrske vezi, heteroatome, dvojne in trojne vezi ter alkoholne, karbonilne in karboksilne funkcionalnosti. Instrumentalne metode identifikacije so bistvene in običajno vključujejo plinsko-tekočinsko kromatografijo in elektroforezo, pa tudi infrardečo, ultravijolično in masno spektroskopijo.
Organska kvalitativna analitična kemija je eden izmed najbolj zanimivih in pomembnih predmetov, ki se poučujejo na univerzah. Zahteva sestavljeno znanje o številnih vrstah kemičnih reakcij, pa tudi splošno razumevanje instrumentov in sposobnost branja spektrov, vključno s spektri jedrske magnetne resonance. Poznavanje kemijske stabilnosti je bistveno, saj lahko nekateri testi poškodujejo ali uničijo vzorec ali predstavljajo varnostno nevarnost. Predmet tudi dokazuje študentovo seznanjenost s pomembnimi viri podatkov, vključno z zgodovinsko neprecenljivo knjižnico organskih spojin in njihovih derivatov Beilstein, ki obsega tisoče vnosov. Beilstein je še vedno pomemben vir.
Farmacevtska industrija je bistveno odvisna od tehnike kvalitativne organske analitične kemije, znane kot tankoplastna kromatografija (TLC). Plošča, morda steklo, ima enakomerno plast adsorpcijskega materiala. Drobne kapljice vzorčnega materiala se položijo na vrh poševne plošče in ločitev se izvede s padajočo fazo topila. Ta tehnika zahteva le količine v sledovih in ne potrebuje povišanih temperatur, ki lahko poškodujejo toplotno občutljive snovi. Spojine se ločijo, ko potujejo v različne pasove, iz katerih se lahko vsaka po želji pridobi in kvantitativno izmeri.
Anorganska kvalitativna analitična kemija se večinoma nanaša na kemijo brez ogljika, vključno s kovinskimi, metaloidnimi, hidroksilnimi, karbonatnimi in vodikovimi ioni. Testiranje se lahko začne s preprostim plamenskim testom ali merjenjem pH ali ročno titracijo. Prej so standardne metode mokrega testiranja v veliki meri nadomestile sodobne instrumentalne metode, kot sta atomska absorpcijska ali atomska emisijska spektroskopija. Kompleksne določitve lahko uporabljajo rentgensko kristalografijo, skenirno elektronsko mikroskopijo (SEM) in infrardečo spektroskopijo s Fourierjevo transformacijo (FTIR). Aplikacije vključujejo analizo okolja in analizo materialov.