儀器分析是各種以使用較復雜的儀器裝置為特色的分析方法的總稱。由于靈敏度高，速度快，選擇性好，易實現自動記錄連續測定等優點，逐步成為化學分析的主流。最常見的儀器分析方法如下：

發射光譜法依據物質被激發發光而形成的光譜來分析其化學成分。使用不同的激發源而有不同名稱的光譜法。如用高頻電感耦合等離子體(ICP)作激發源，稱高頻電感耦合等離子體發射光譜法；如用激光作光源，稱激光探針顯微分析。

原子吸收光譜法基于待測元素的特征光譜，被蒸氣中待測元素的氣態原子所吸收，而測量譜線強度減弱程度（吸收度）求出樣品中待測元素含量。應用較廣的有火焰原子吸收法和非火焰原子吸收法，后者的靈敏度較前者高4～5個數量級。

原子熒光分光光度法通過測量待測元素的原子蒸氣在輻射能激發下所產生的熒光發射強度來測定待測元素。

紅外吸收光譜法主要用于鑒定有機化合物的組成，確定化學基因及定量分析，近年來已用于無機化合物。

紫外可見分光光度法適用于低含量組分測定，還可以進行多組分混合物的分析。利用催化反應可大大提高該法的靈敏度。

熒光分光光度法對某些元素具有較高的靈敏度和選擇性。

紅外傅里葉變換光譜法光信號以干涉圖形式輸入計算機進行傅里葉變換的數學處理，具有信噪比大、靈敏度高等特點。

核磁共振波譜法利用有機分子的質子共振鑒定有機化合物和多組分混合物的組分以及無機成分的分子結構分析。

電子自旋共振法以磁場對離子、分子或原子所含未成對電子的作用所引起的磁能級分裂為基礎的分析方法。

曼光譜法可測定分子結構，使用可調激光器的曼光譜儀用于微量分析，也可用于無機物和單晶的結構分析。

射線熒光光譜法具有譜線簡單，基體影響小，選擇性高，測定范圍寬等優點。可對原子序數大于9的所有元素作無損分析。

電子探針微區分析可分析原子序數大于4的所有元素，應用于微粒礦物巖石分析，金屬材料中元素的分布，各種物相中元素的分配。

電子能譜法是測定電子結合能的一種方法，它是研究表面化學的有力工具，并可用于除H和He以外任何元素的定性分析。

俄歇電子能譜法應用于分析無機及有機試樣的組成，價態及結構，一般為無損分析。

放射化學分析有中子活化法、光子活化法、帶電粒子活化分析法等。

穆斯堡爾譜法所探測的對象是單個的原子核，可用于研究材料中的雜質原子和空位對材料性能的影響。

質譜分析具有高鑒別及檢測能力，可以分析所有元素。火花源質譜適于測定痕量元素。

離子探針微區分析微區直徑約1～5m，深度約幾十埃，可進行掃描分析，幾乎可分析所有的元素。

極譜法是利用陰極（或陽極）極化變化過程作為依據的一種方法。其特點是靈敏度高、試液用量少，可測定濃度極小的物質。

離子選擇性電極法是一種使用電位法來測量溶液中某一離子活度的指示電極，能快速、連續、無損地對溶液中的某些離子活度進行選擇性地檢測。

庫侖分析法其中有控制電位庫侖分析法和恒電流庫侖滴定法。

色譜法是一種分離分析法，利用混合物中各組分在不同的兩相中溶解、解析、吸附、脫附或其他親和作用性能的差異，而互相分離。按流動相的物態，可分為氣相色譜法和液相色譜法，按固定相使用形式，可分為柱色譜法、紙色譜法和薄層色譜法。