Alapja a kémiai reakciók, fizikai-kémiai, biokémiai folyamatok és azok következményeinek nyomon követése, valamint eredményeinek regisztrálása. Az ún. klasszikus kémiai módszerek mellett fél- és teljesen automatikus elemző rendszerek, speciális célműszerek, nagyműszeres eljárások (kromatográfia , tömegspektrometria, spektroszkópia stb.) állnak rendelkezésre a vizsgálatok elvégzéséhez. Az élelmiszerek kémiai vizsgálata kapcsán kiemelt hangsúllyal és mintegy önálló területként kell megemlíteni a méréseket megelőző mintaelőkészítési műveleteket.

1. Klasszikus kémiai analitikai vizsgálatok

Az élelmiszerek azon komponenseinek vizsgálatára, mennyiségének meghatározására szolgál, amelyek hagyományosan a nagyobb mennyiségen megtalálható ún. makro- vagy főkomponenseket jelentik. A termékek összetevői közül ezek alkotják a fő tömeget. Ilyenek pl. víz-, zsír-, fehérje -, szénhidrát-, só-, szárazanyag tartalom stb. Általában hagyományos és manuálisan végzett nedves kémiai módszereket soroljuk ide, mint például a térfogatos (titrimetriás), vagy a tömeg szerinti (gravimetriás) módszereket. Ugyanakkor számos hagyományos klasszikus analitikai módszer automatizálható és ebből adódóan (az emberi szubjektív megfigyelőképesség szükségtelenné válása miatt) sok esetben a lépték is csökkenthető.

2. Műszeres analitikai vizsgálatok

Ezeket az eljárásokat elsősorban az élelmiszerek azon komponenseinek vizsgálatára, mennyiségének meghatározására alkalmazzuk, amelyek kis koncentrációban, akár milliomod- (parts per million, ppm), vagy egyes esetekben milliárdod-(parts per billion, ppb) részben találhatók meg.

Ilyenek anyagok lehetnek például az élelmiszerekben kis koncentrációban jelen lévő természetes komponensek (vitaminok, aroma anyagok egyéb mikroösszetevők, nyomelemek stb). Illetve az előállítás folyamán dúsítási céllal, szándékosan hozzáadott ugyanezen anyagok, továbbá egyéb technológiai adalékanyagok (tartósítószerek, színezékek, édesítőszerek stb.).

Szintén műszeres analitikai módszerekkel vizsgálhatók a toxikus, káros anyagok (környezetből, technológiából származó, a nyersanyagokban természetes tartalomként előforduló, a technológia, a higiénia vagy a berendezések, eszközök nem kellő gondossággal való alkalmazása során kerülhetnek az élelmiszerekbe). Legjelentősebb képviselői: mikotoxinok, mérgező nehézfémek, növényvédőszer-maradékok és és állatgyógyászati gyógyszerek maradékai stb.