विश्लेषणात्मक रसायनज्ञ आम तौर पर विश्लेषण के चरम किनारों पर काम करते हैं, छोटे नमूनों पर, अधिक जटिल नमूनों पर, कम समय के पैमाने पर और कम सांद्रता में मौजूद प्रजातियों पर सार्थक माप करने के लिए सभी रसायनज्ञों की क्षमता का विस्तार और सुधार करते हैं। अपने पूरे इतिहास में, विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान ने रसायन विज्ञान के अन्य चार पारंपरिक क्षेत्रों में अनुसंधान के लिए आवश्यक कई उपकरण और तरीके प्रदान किए हैं, साथ ही औषधीय रसायन विज्ञान, नैदानिक रसायन विज्ञान, विष विज्ञान, फोरेंसिक रसायन विज्ञान जैसे कुछ क्षेत्रों में बहु-विषयक अनुसंधान को बढ़ावा दिया है। सामग्री विज्ञान, भू-रसायन विज्ञान, और पर्यावरण रसायन विज्ञान।
विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान एक समस्या से शुरू होता है, जिसके उदाहरणों में कण आधारित प्रदूषकों के पर्यावरणीय जोखिम के संकेतक के रूप में बच्चों द्वारा ग्रहण की गई धूल और मिट्टी की मात्रा का मूल्यांकन करना, दहन के दौरान पेरफ्लूरो पॉलिमर की विषाक्तता के संबंध में विरोधाभासी सबूतों को हल करना, या तेजी से और संवेदनशील डिटेक्टर विकसित करना शामिल है। रासायनिक युद्ध एजेंटों के लिए. इस बिंदु पर विश्लेषणात्मक दृष्टिकोण में विश्लेषणात्मक रसायनज्ञ और समस्या के लिए जिम्मेदार व्यक्तियों के बीच सहयोग शामिल होता है। विश्लेषणात्मक दृष्टिकोण का सबसे दृश्य भाग प्रयोगशाला में होता है। सत्यापन प्रक्रिया के भाग के रूप में, उपयोग किए जा रहे किसी भी उपकरण और किसी भी समाधान को जांचने के लिए उपयुक्त रासायनिक या भौतिक मानकों का उपयोग किया जाता है जिनकी सांद्रता ज्ञात होनी चाहिए। फिर चयनित नमूनों का विश्लेषण किया जाता है और कच्चा डेटा दर्ज किया जाता है।
फिर प्रयोग के दौरान एकत्र किए गए कच्चे डेटा का विश्लेषण किया जाता है। अक्सर डेटा को कम किया जाना चाहिए या अधिक आसानी से विश्लेषण योग्य रूप में परिवर्तित किया जाना चाहिए। डेटा के सांख्यिकीय उपचार का उपयोग विश्लेषण की सटीकता और परिशुद्धता का मूल्यांकन करने और प्रक्रिया को मान्य करने के लिए किया जाता है। इन परिणामों की तुलना प्रयोग के डिजाइन के दौरान स्थापित मानदंडों के साथ की जाती है, और फिर डिजाइन पर पुनर्विचार किया जाता है, अतिरिक्त प्रयोगात्मक परीक्षण चलाए जाते हैं, या समस्या का समाधान प्रस्तावित किया जाता है। जब कोई समाधान प्रस्तावित किया जाता है, तो परिणाम बाहरी मूल्यांकन के अधीन होते हैं जिसके परिणामस्वरूप एक नई समस्या और एक नए विश्लेषणात्मक चक्र की शुरुआत हो सकती है।