Kvantitatīvā analītiskā ķīmija nosaka zināmo vielu daudzumu paraugā. Šādi testi tiek veikti regulāri, lai kontrolētu kvalitāti, piemēram, aktīvo sastāvdaļu līmeni saaukstēšanās tabletēs. Kvalitatīvā analītiskā ķīmija cenšas zināt nevis to, cik daudz, bet kas ir klāt – nezināmu vielu identitātes. Šīs noteikšanas ne vienmēr ir rutīnas un var būt diezgan sarežģītas. Fizikālās un ķīmiskās īpašības tiek noteiktas pēc iespējas ātrāk un lēti, izmantojot rūpīgi izvēlētu instrumentālo un mitrās pārbaudes metožu kombināciju.
Kvalitatīvo analītisko ķīmiju visērtāk iedalīt divos veidos: organiskā analīze un neorganiskā analīze. Organiskā kvalitatīvā analītiskā ķīmija ir sarežģītākā no abām. Ir miljoniem iespējamo organisko savienojumu, no kuriem tūkstošiem ir zināmi un raksturoti. Tipiskā organiskā molekulārā struktūra var ietvert alifātiskas ķēdes vai gredzenus, aromātiskos gredzenus, ētera saites, heteroatomus, dubultās un trīskāršās saites, kā arī spirta, karbonilgrupas un karboksilgrupas. Instrumentālās identifikācijas metodes ir būtiskas un parasti ietver gāzes-šķidruma hromatogrāfiju un elektroforēzi, kā arī infrasarkano, ultravioleto un masas spektroskopiju.
Organiskā kvalitatīvā analītiskā ķīmija ir viens no interesantākajiem un svarīgākajiem universitātēs pasniegtajiem kursiem. Tam nepieciešamas visaptverošas zināšanas par daudziem ķīmisko reakciju veidiem, kā arī vispārēja izpratne par instrumentiem un spēja nolasīt spektrus, tostarp kodolmagnētiskās rezonanses spektrus. Zināšanas par ķīmisko stabilitāti ir būtiskas, jo daži testi var sabojāt vai iznīcināt paraugu vai radīt drošības apdraudējumu. Kurss arī parāda, ka students pārzina svarīgus datu avotus, tostarp vēsturiski nenovērtējamo Beilšteina organisko savienojumu un to atvasinājumu bibliotēku, kurā ir tūkstošiem ierakstu. Beilšteins joprojām ir nozīmīgs resurss.
Farmācijas rūpniecība ir ļoti atkarīga no kvalitatīvas organiskās analītiskās ķīmijas tehnikas, kas pazīstama kā plānslāņa hromatogrāfija (TLC). Plāksnei, iespējams, stiklam, ir vienmērīgs adsorbējoša materiāla slānis. Sīkus parauga materiāla pilienus ievieto slīpas plāksnes augšpusē, un atdalīšana tiek veikta, izmantojot lejupejošu šķīdinātāja fāzi. Šim paņēmienam ir nepieciešami tikai nelieli daudzumi, un tai nav nepieciešama paaugstināta temperatūra, kas var sabojāt siltumjutīgās vielas. Savienojumi sadalās atšķirīgās joslās, no kurām katru var atgūt un kvantitatīvi izmērīt, ja nepieciešams.
Neorganiskā kvalitatīvā analītiskā ķīmija galvenokārt attiecas uz bezoglekļa ķīmiju, ieskaitot metālu, metaloīdu, hidroksilgrupu, karbonātu un ūdeņraža jonus. Testēšanu var sākt ar vienkāršu liesmas testu vai pH mērījumu, vai manuālu titrēšanu. Iepriekš standarta, mitrās pārbaudes metodes lielākoties ir aizstātas ar modernām instrumentālām metodēm, piemēram, atomu absorbcijas vai atomu emisijas spektroskopiju. Sarežģītām noteikšanām var izmantot rentgenstaru kristalogrāfiju, skenējošo elektronu mikroskopiju (SEM) un Furjē transformācijas infrasarkano spektroskopiju (FTIR). Lietojumprogrammas ietver vides analīzi un materiālu analīzi.