Os químicos analíticos normalmente operam nos limites extremos da análise, ampliando e melhorando a capacidade de todos os químicos de fazer medições significativas em amostras menores, em amostras mais complexas, em escalas de tempo mais curtas e em espécies presentes em concentrações mais baixas. Ao longo da sua história, a química analítica forneceu muitas das ferramentas e métodos necessários para a investigação nas outras quatro áreas tradicionais da química, bem como fomentou a investigação multidisciplinar em, para citar alguns, química medicinal, química clínica, toxicologia, química forense, ciência dos materiais, geoquímica e química ambiental.
A química analítica começa com um problema, cujos exemplos incluem a avaliação da quantidade de poeira e solo ingeridos por crianças como um indicador de exposição ambiental a poluentes baseados em partículas, a resolução de evidências contraditórias sobre a toxicidade de polímeros perfluoro durante a combustão ou o desenvolvimento de detectores rápidos e sensíveis. para agentes de guerra química. Neste ponto, a abordagem analítica envolve uma colaboração entre o químico analítico e os indivíduos responsáveis pelo problema. A parte mais visível da abordagem analítica ocorre no laboratório. Como parte do processo de validação, são utilizados padrões químicos ou físicos apropriados para calibrar qualquer equipamento utilizado e quaisquer soluções cujas concentrações devam ser conhecidas. As amostras selecionadas são então analisadas e os dados brutos registrados.
Os dados brutos coletados durante o experimento são então analisados. Frequentemente os dados devem ser reduzidos ou transformados para uma forma mais facilmente analisável. Um tratamento estatístico dos dados é utilizado para avaliar a exatidão e precisão da análise e para validar o procedimento. Esses resultados são comparados com os critérios estabelecidos durante o projeto do experimento e, em seguida, o projeto é reconsiderado, ensaios experimentais adicionais são realizados ou uma solução para o problema é proposta. Quando uma solução é proposta, os resultados são sujeitos a uma avaliação externa que pode resultar num novo problema e no início de um novo ciclo analítico.