Kiekybinė analitinė chemija nustato žinomų medžiagų kiekį mėginyje. Tokie testai reguliariai atliekami kokybės kontrolei, pavyzdžiui, aktyviųjų ingredientų kiekiui peršalimo tabletėse. Kokybinė analitinė chemija siekia žinoti ne kiek, bet kas yra – nežinomų medžiagų tapatybės. Šie nustatymai ne visada yra įprasti ir gali būti gana sudėtingi. Fizinės ir cheminės charakteristikos nustatomos kuo greičiau ir nebrangiai, naudojant kruopščiai parinktus instrumentinius ir šlapiojo bandymo metodus.
Kokybinė analitinė chemija patogiausia skirstoma į dvi rūšis: organinę ir neorganinę. Organinė kokybinė analitinė chemija yra sudėtingesnė iš šių dviejų. Yra milijonai galimų organinių junginių, iš kurių tūkstančiai yra žinomi ir apibūdinti. Įprastoje organinėje molekulinėje struktūroje gali būti alifatinių grandinių arba žiedų, aromatinių žiedų, eterio jungčių, heteroatomų, dvigubų ir trigubų jungčių bei alkoholio, karbonilo ir karboksilo funkcinių grupių. Instrumentiniai identifikavimo metodai yra labai svarbūs ir dažniausiai apima dujų ir skysčių chromatografiją ir elektroforezę, taip pat infraraudonąją, ultravioletinę ir masės spektroskopiją.
Organinė kokybinė analitinė chemija yra vienas įdomiausių ir svarbiausių universitetuose dėstomų kursų. Tam reikalingos sudėtinės žinios apie daugybę cheminių reakcijų tipų, taip pat bendras supratimas apie prietaisus ir gebėjimas skaityti spektrus, įskaitant branduolinio magnetinio rezonanso spektrus. Žinios apie cheminį stabilumą yra būtinos, nes kai kurie bandymai gali sugadinti ar sunaikinti mėginį arba sukelti pavojų saugai. Kursas taip pat parodo, kad studentas yra susipažinęs su svarbiais duomenų šaltiniais, įskaitant istoriškai neįkainojamą organinių junginių ir jų darinių Beilstein biblioteką, kurią sudaro tūkstančiai įrašų. Beilsteinas vis dar yra svarbus išteklius.
Farmacijos pramonė labai priklausoma nuo kokybinės organinės analitinės chemijos metodo, žinomo kaip plonasluoksnė chromatografija (TLC). Plokštelė, galbūt stiklas, turi tolygų adsorbcinės medžiagos sluoksnį. Maži mėginio medžiagos lašeliai dedami į nuožulnios plokštelės viršų ir atskyrimas atliekamas per mažėjančią tirpiklio fazę. Taikant šią techniką reikia tik nedidelių kiekių ir nereikia aukštesnės temperatūros, kuri gali pažeisti karščiui jautrias medžiagas. Keliaudami junginiai išsiskiria į skirtingas juostas, iš kurių kiekvieną galima atkurti ir, jei pageidaujama, kiekybiškai išmatuoti.
Neorganinė kokybinė analitinė chemija dažniausiai taikoma ne anglies chemijai, įskaitant metalų, metaloidų, hidroksilo, karbonatų ir vandenilio jonus. Bandymas gali prasidėti paprastu liepsnos bandymu arba pH matavimu arba rankiniu titravimu. Anksčiau standartiniai šlapiojo bandymo metodai buvo iš esmės pakeisti šiuolaikiniais instrumentiniais metodais, tokiais kaip atominė absorbcija arba atominės emisijos spektroskopija. Sudėtingiems nustatymui gali būti naudojama rentgeno kristalografija, skenuojanti elektroninė mikroskopija (SEM) ir Furjė transformacijos infraraudonųjų spindulių spektroskopija (FTIR). Taikymas apima aplinkos analizę ir medžiagų analizę.