Химический анализ можно разделить на элементный и вещественный. Элементный анализ подразумевает детектирование в пробе присутствия какого-то отдельного элемента, при этом не выясняется, в каких конкретно видах соединений этот элемент присутствует. Определить все виды форм, в которых определяемый элемент присутствует в пробе, не всегда просто, и не всегда это нужно. Так, например, железо в воде может присутствовать в виде трехвалентного (Fe³⁺) и двухвалентного (Fe²⁺) железа, и концентрация той или иной формы зависит от многих факторов, в данном случае прежде всего от концентрации кислорода и скорости реакции окисления двухвалентного железа до трехвалентного при данных конкретных условиях. Таким образом, в документах, нормирующих содержание железа, например, в питьевой воде (СанПиН 2.1.4.1074-01 и др.) нет регламента содержания отдельно для Fe³⁺ и Fe²⁺, но требуется контролировать железо суммарно. Впрочем, выяснение численного значения концентрации железа в воде — это уже область количественного элементного анализа. Качественный элементный анализ может дать достаточно много информации о неизвестном образце. По его результатам иногда можно предположить происхождение образца. Так, например, в субстанции биологического происхождения всегда обнаруживаются элементы, входящие в состав аминокислот: углерод, водород и азот; если же качественный анализ показывает присутствие значительных количеств углерода и водорода, но при этом практически отсутствует азот, можно сделать вывод, что данный образец образован органическими веществами, но не биологического происхождения.

Вещественный анализ предполагает идентификацию конкретного вещества, а не элементов. Необходимость такого анализа обусловлена тем, что различные вещества, иногда имеющие одинаковый набор элементов, в зависимости от строения, обладают совершенно разными свойствами. Например, большинство органических смесей, используемых в современной промышленности (растворителей, исходных материалов, лакокрасочных материалов, и др.) состоят из большого набора различных веществ, некоторые из которых являются токсичными для человека. Проводить элементный анализ таких смесей с целью определить их токсичность бессмысленно, необходимо идентифицировать сами вещества. Для этого необходимо разделение смеси на отдельные компоненты и затем детектирование.