Kvantitatiivinen analyyttinen kemia määrittää näytteessä olevien tunnettujen aineiden määrät. Tällaiset testit suoritetaan rutiininomaisesti laadunvalvontaa varten, kuten esimerkiksi kylmien tablettien aktiivisten ainesosien taso. Laadullinen analyyttinen kemia ei halua tietää, kuinka paljon, mutta mitä on läsnä – tuntemattomien aineiden identiteetit. Nämä määritykset eivät aina ole rutiininomaisia, ja ne voivat olla melko monimutkaisia. Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet määritetään mahdollisimman nopeasti ja edullisesti käyttämällä huolellisesti valittujen instrumentaalisten ja märkätestausmenetelmien yhdistelmää.
Laadullinen analyyttinen kemia on sopivimmin jaettu kahteen tyyppiin: orgaaninen analyysi ja epäorgaaninen analyysi. Orgaaninen kvalitatiivinen analyyttinen kemia on monimutkaisempi näistä kahdesta. Mahdollisia orgaanisia yhdisteitä on miljoonia, joista tuhansia tunnetaan ja on karakterisoitu. Tyypillinen orgaaninen molekyylirakenne voi sisältää alifaattisia ketjuja tai renkaita, aromaattisia renkaita, eetterisidoksia, heteroatomeja, kaksois- ja kolmoissidoksia sekä alkoholi-, karbonyyli- ja karboksyylifunktionaalisuuksia. Instrumentaaliset tunnistusmenetelmät ovat välttämättömiä, ja ne sisältävät yleisesti kaasu-nestekromatografian ja elektroforeesin sekä infrapuna-, ultravioletti- ja massaspektroskopian.
Orgaaninen kvalitatiivinen analyyttinen kemia on yksi mielenkiintoisimmista ja tärkeimmistä yliopistoissa opetettavista kursseista. Se edellyttää yhdistettyä tietämystä monista kemiallisista reaktiotyypeistä sekä yleistä ymmärrystä laitteistosta ja kykyä lukea spektrejä, mukaan lukien ydinmagneettiset resonanssispektrit. Kemiallisen stabiilisuuden tunteminen on välttämätöntä, koska jotkut testit voivat vahingoittaa tai tuhota näytteen tai aiheuttaa turvallisuusriskin. Kurssi osoittaa myös opiskelijan tuntemuksen tärkeistä tietolähteistä, mukaan lukien historiallisesti korvaamaton Beilsteinin orgaanisten yhdisteiden ja niiden johdannaisten kirjasto – joka sisältää tuhansia merkintöjä. Beilstein on edelleen tärkeä voimavara.
Lääketeollisuus on elintärkeä riippuvainen laadullisen orgaanisen analyyttisen kemian tekniikasta, joka tunnetaan ohutkerroskromatografiana (TLC). Lautasessa, ehkä lasissa, on tasainen kerros adsorboivaa materiaalia. Pienet tipat näytemateriaalia asetetaan kaltevan levyn yläosaan ja erottaminen tapahtuu laskevan liuotinfaasin kautta. Tämä tekniikka vaatii vain pieniä määriä, eikä se tarvitse korkeita lämpötiloja, jotka voivat vahingoittaa lämpöherkkiä aineita. Yhdisteet erottuvat kulkiessaan erillisiin kaistoihin, joista jokainen voidaan haluttaessa ottaa talteen ja mitata kvantitatiivisesti.
Epäorgaaninen kvalitatiivinen analyyttinen kemia koskee enimmäkseen ei-hiili-kemiaa, mukaan lukien metalli-, metalloidi-, hydroksyyli-, karbonaatti- ja vetyionit. Testaus voi alkaa yksinkertaisella liekkitestillä tai pH -mittauksella tai manuaalisella titrauksella. Aiemmin tavanomaiset märätestimenetelmät on suurelta osin korvattu nykyaikaisilla instrumentaalimenetelmillä, kuten atomiabsorptiolla tai atomisäteilyspektroskopialla. Monimutkaisissa määrityksissä voidaan käyttää röntgenkristallografiaa, pyyhkäisyelektronimikroskopiaa (SEM) ja Fourier-muunnosinfrapunaspektroskopiaa (FTIR). Sovelluksia ovat ympäristöanalyysi ja materiaalianalyysi.