有机试剂19世纪初，用于无机重量分析的有机试剂只有草酸及其铵盐和琥珀酸铵两种。前者用于钙、镁分离和钙的测定。后者用于沉淀三价铁使它与二价金属离子分离。1885年伊林斯基和克诺雷提出1－亚硝基－2－萘酚作为镍存在时钴的沉淀剂，同时也是第一个螯合剂。至于阴离子测定，在20世纪初，米勒提出4，4－联苯胺作为硫酸根的沉淀剂。1950年中国梁树权等将有机试剂用于重量分析，测定钨酸根。1950年布希引入4，5－二氢－1，4－二苯基－3，5－苯亚氨基－1，2，4－三氮杂茂（简称硝酸根试剂）作为硝酸根沉淀剂。1975年后，它又成为高铼酸根的良好沉淀剂。1950年楚加耶夫合成了丁二肟，并观察到它与镍（Ⅱ）形成红色沉淀。两年后，德国布龙克把丁二肟试剂应用于钢中镍的测定。嗣后灵敏的和选择性高的新有机试剂不断出现。中国曾云鹗等合成3－（2－胂酸基苯偶氮）－6－（2，6－二溴－4－氯苯偶氮）－4，5－二羟基－2，7－萘二磺酸，用此试剂时，稀土元素的摩尔吸光系数可以高达0.98～1.2×106升/（摩·厘米）。
光度分析比色法以日光为光源，靠目视比较颜色深浅。最早的记录是1838年兰帕迪乌斯在玻璃量筒中测定钴矿中的铁和镍，用标准参比溶液与试样溶液相比较。1846年雅克兰提出根据铜氨溶液的蓝色测定铜。随后有赫罗帕思的硫氰酸根法测定铁（1852年）；奈斯勒法测定氨；苯酚二磺酸法测定硝酸根（1864年）；过氧化氢法测定钛（1870年）；亚甲基蓝法测定硫化氢（1883年）；磷硅酸法测定二氧化硅（1898年）。分光光度计使用单色光和光电倍增管，波长范围为220～1000纳米，比目视范围（400～700纳米）更宽。
用光照射悬浮液，从顶部观察，当视线与光线成直角时，称为比雾法；如果视线与光线在一条直线上时，称为比浊法。18世纪50年代马尔德在原子量测定中，利用了目测上层液体中氯化银悬浮液的亮度。随后，斯塔改用一标准悬浮液作参比。1894年美国理查兹设计出第一台比雾计。比雾法最初用于观测原子量测定中母液中的氯（或溴）离子和银离子浓度是否达到当量。随后此法用于定量测定，其灵敏度很高，可测定一升水所含的3微克磷，或一升水所含的10微克丙酮。
最早研究化合物的紫外吸收光谱的是亨利（1914年），他绘制出摩尔吸光系数对波长的曲线。红外光谱在20年代开始应用于汽油爆震研究，继用于鉴定天然和合成橡胶以及其他有机化合物中的未知物和杂质。喇曼光谱是研究分子振动的另一种方法。喇曼光谱法的信号太弱，使用困难，直至用激光作为单色光源后，才促进其在分析化学中的应用。远红外光谱（200～10厘米-1）和微波谱（10～0.1厘米-1）是研究分子旋转的光谱法。
原子发射光谱法可上溯至牛顿，他在暗室中用棱镜分日光为七色（1672年）。1800年赫歇耳发现红外线。次年里特用氯化银还原现象发现紫外区。又次年渥拉斯顿观察到日光光谱的暗线。15年后夫琅和费经过研究，命名暗线为夫琅和费线。现在文献中称钠线为D线，也是夫琅和费规定的。本生发明了名为本生灯的煤气灯，灯的火焰近于透明而不发光，便于光谱研究。1859年本生和他的同事物理学家基尔霍夫研究各元素在火焰中呈示的特征发射和吸收光谱，并指出日光光谱中的夫琅和费线是原子吸收线，因为太阳的大气中存在各种元素。他们用的仪器已具备现代分光镜的要素。他们可称为发射光谱法的创始人。
电化学分析法能斯脱在1889年提出了能斯脱公式，将电动势与离子浓度、温度联系起来，奠定了电化学的理论基础。随后，电化学分析法有了发展，电沉积重量法、电位分析法、电导分析法、安培滴定法、库仑滴定法、示波极谱法相继出现。氢电极、玻璃电极和离子选择性电极陆续制成。尤以极谱分析技术贡献卓著。
分析方法的分类（1）按方法的原理可分：化学分析和仪器分析。凡主要利用化学原理进行分析的方法称为化学分析法；而主要利用物理学原理进行分析的方法则称为仪器分析法。当然这两者的界限难以截然划清，也有介乎二者之间的方法。仪器一般指大型仪器，如核磁共振仪、X射线荧光仪、X射线衍射仪、质谱仪、电子能谱仪等。原子发射光谱法和原子吸收光谱法基本上采用湿法预处理，然后在相应仪器中测定，可认为是介于二者之间的方法，也可看作是化学法与仪器法的联合使用。不能认为用到仪器就是仪器分析。例如，重量分析开始于用天平称量样品，末一步再用天平称沉淀重量。天平是物理仪器，称量是物理过程，但重量分析却是公认的典型化学分析法，原因是重量分析主要靠欲测离子与沉淀剂作用而定量析出沉淀。至于经典法一词，专指重量分析法和容量分析。其范围远狭于化学法。所以经典法仅是化学分析法的一部分，而不是全部。
（2）按样品性质可粗分为无机分析和有机分析两大类。天然产物和工业制品中的无机物，如岩石、矿物、陶瓷、钢铁、合金、矿物酸、烧碱等的分析属无机分析；石油、染料、塑料、食品、合成药物、中草药等的分析属有机分析。简言之，凡碳氢化合物及其衍生物的分析属有机分析，而除上述物质外的分析统属无机分析。不过，无机物中有时夹杂一些有机物质，而有机物也含有无机物质。例如，河水、海水中含有有机物，有些锰矿夹杂有机物，煤含有灰分，石油含有以络合物形式存在的金属，纸张中有无机填充物等。这类物品既用到无机分析，也用到有机分析。
还有一些方法对无机物质和有机物质同样有效，如气相色谱法便是其中之一。样品中一氧化碳、二氧化碳、氢、氮、氧、甲烷、乙烯、水气等在同一柱中，在选择的条件下可逐一分离或分组分离。奥萨特气体分析器也是如此，只是分离的原理不同。
痕量分析是指样品所含的量极为微少。一般，在样品中含量多的为主要成分，含量少的为次要成分。桑德尔认为含量在0.01％～1％的为次要成分。有人认为在0.01％～1％的为次要成分。含量在万分之一（001％）以下称为痕量。痕量分析的动向趋于测定愈来愈低的含量，因此出现了超痕量分析，即含量接近或低于一般痕量下限。这名称只是定性的。
分析方法的理想条件①选择性最高，以至具有专一性，即干扰极少，这样就可以减轻或省略分离步骤；②精密度和准确度最高；③灵敏度最高，从而少量或痕量组分即可检定和测定；④测定范围最广，大量和痕量均能测定；⑤能测定的元素种类和物种最多；⑥方法简便，即最易操作而不需高度技巧；⑦经济实惠，即要求费用少而收益大。但汇集所有优点于一法是办不到的，例如，在重量分析中，如要提高准确度，需要延长分析时间（如用重沉淀法纯化沉淀）。因为化学法测定原子量要求准确到十万分之一，所以最费时间。
分析方法要力求简便，不仅野外工作（诸如地质普查、化学探矿、环境监测、土壤检测等）需要简便、有效的化学分析方法，室内例行分析工作也如此。因为在不损失所要求之准确度和精度的前提下，简便方法步骤少，这就意味着节省时间、人力和费用。例如，金店收购金首饰时，是将其在试金石板上划一道（科学名称是条纹），然后从条纹的颜色来决定金的成色。这种条纹法在矿物鉴定中仍然采用。当然，该法不及火试金法或原子吸收光谱法准确，但已能达到鉴定金器之目的。又如，糖尿病人的尿糖量可用特制的含酶试纸进行检验，从试纸的颜色变化估计含糖量的多寡，其方法之简便连患者本人也会使用。另一方面，用原子吸收光谱法虽然也能间接测定尿中含糖量，但因为不经济而没有被采用。
分离和富集方法虽然有不少灵敏的和选择性强（甚至专一）的方法，但是如果欲测元素的浓度接近或低于方法的测定下限，则富集仍不可避免。富集方法很多，如升华、挥发、蒸馏、泡沫浮选、吸附（用分子筛、活性炭等）、色谱法、共沉淀、共结晶、汞齐作用、选择溶解、溶剂萃取、离子交换等。
在检出或测定之前，常常需要使欲测（或检出）物质与干扰物质彼此分离。重要的分离方法有蒸馏、溶剂萃取、离子交换、电渗析、沉淀、电泳等，大都与富集方法相同。富集可认为是提高浓度的分离方法。
隐蔽作用（见隐蔽和解蔽）虽不是分离，但其作用使离子失去其正常性质，即令该离子以另一形式存于反应体系中。然而在分析化学中分离之目的无非使干扰离子不再干扰，因此就广义而言，隐蔽及其相反作用解蔽应包括在分离范畴中。在分析化学中采用隐蔽和解蔽作用由来已久。重量分析、光度法、极谱法中均已应用，特别在点滴试验和络合滴定法中使用得更频繁。
取样和试样分解取样最重要的要求是有代表性，即取来欲分析的样品须能代表全体。均匀或容易混匀的物质取样自不成问题，气态和液态样品属于这一类。不均匀的固态物质，如矿石和煤炭等应按规定手续取样。否则，分析结果不能代表原物质，徒然浪费人力物力。野外矿石取样多由地质人员进行。所得大样在试验室中由分析人员按一定手续粉碎和缩分到小样。另一方面，有机元素燃烧法分析合成的纯样品则无此问题。
样品溶熔是第二步。溶熔包括溶解和熔融，也称分解。有些样品能溶解于水、酸或混合酸、碱，以及有机溶剂中。上述办法不能溶解的，可改用熔剂熔融。熔剂可分碱性（如碳酸钠）、酸性（如硫酸氢钾）、氧化性（如过氧化钠）和还原性的（如硫代硫酸钠）。如果欲分析的成分较易挥发或熔融温度高，对坩埚腐蚀严重，则可改用烧结，即将颗粒表面部分熔化。史密斯法用氯化铵和碳酸钙（1∶8～1∶2）与硅酸盐岩石混合和烧结，以测定其中的碱金属便是一例。有机化合物和生物样品可采用干法或湿法灰化。干法灰化为在充分氧气存在下加热至炭化并逐渐燃烧，或在较低温度用原子氧氧化（低温灰化）。湿法灰化利用氧化性酸（如硝酸、高氯酸、浓硫酸）氧化样品。干法、湿法各有其优缺点，须视样品而定。
分析化学所用的手段可分为化学分析法和仪器分析法。二者各有优缺点，唇齿相依，相辅相成。分析化学者必须明白每一种方法的原理及其应用范围和优缺点，这样在解决分析问题时才能得心应手，选择最适宜的方法。一般来说，化学法准确、精密、费用少而且容易掌握。仪器法迅速，能处理大批样品，但大型仪器价格昂贵，几年后又须更新仪器。二者均将得到发展和提高。
近来分析化学中的新技术有激光在分析化学中的应用、流动注射法、场流分级等。场流分级所用的场可以是重力、磁、电、热等，样品流经适当的场时能进行分级，故称为场流分级。目前，该法已成功地用于有机大分子（如血球、高聚物等）之分级。可以预期它在无机物分离方面也将得到应用。
加强对高灵敏度和高选择性试剂的研究，对于隐蔽、解蔽和分离、富集方法的研究，以及元素存在状态的测定（与环境分析和地球化学的关系至为密切）都是重要的课题。将二三种各具优点的方法联合使用，可使以前不能测定的项目变为可能，仍是发展的方向，气相色谱法与质谱法的联用便是明显的例子。
分析化学有极高的实用价值，对人类的物质文明作出了重要贡献，广泛用于地质普查、矿产勘探、冶金、化学工业、能源、农业、医药、临床化验、环境保护、商品检验等领域。