Les chimistes analytiques opèrent généralement aux extrémités de l'analyse, étendant et améliorant la capacité de tous les chimistes à effectuer des mesures significatives sur des échantillons plus petits, sur des échantillons plus complexes, sur des échelles de temps plus courtes et sur des espèces présentes à des concentrations plus faibles. Tout au long de son histoire, la chimie analytique a fourni bon nombre des outils et des méthodes nécessaires à la recherche dans les quatre autres domaines traditionnels de la chimie, tout en favorisant la recherche multidisciplinaire, pour n'en nommer que quelques-uns, dans les domaines de la chimie médicinale, de la chimie clinique, de la toxicologie, de la chimie médico-légale, science des matériaux, géochimie et chimie de l'environnement.
La chimie analytique commence par un problème, dont des exemples incluent l'évaluation de la quantité de poussière et de terre ingérée par les enfants comme indicateur de l'exposition environnementale aux polluants particulaires, la résolution de preuves contradictoires concernant la toxicité des polymères perfluorés lors de la combustion ou le développement de détecteurs rapides et sensibles. pour les agents de guerre chimique. À ce stade, l'approche analytique implique une collaboration entre le chimiste analytique et les personnes responsables du problème. La partie la plus visible de l'approche analytique se déroule en laboratoire. Dans le cadre du processus de validation, des étalons chimiques ou physiques appropriés sont utilisés pour calibrer tout équipement utilisé et toutes solutions dont les concentrations doivent être connues. Les échantillons sélectionnés sont ensuite analysés et les données brutes enregistrées.
Les données brutes collectées lors de l'expérimentation sont ensuite analysées. Souvent, les données doivent être réduites ou transformées sous une forme plus facilement analysable. Un traitement statistique des données est utilisé pour évaluer l'exactitude et la précision de l'analyse et pour valider la procédure. Ces résultats sont comparés aux critères établis lors de la conception de l'expérience, puis la conception est reconsidérée, des essais expérimentaux supplémentaires sont effectués ou une solution au problème est proposée. Lorsqu'une solution est proposée, les résultats sont soumis à une évaluation externe qui peut entraîner un nouveau problème et le début d'un nouveau cycle analytique.