水質分析又稱水化學分析。即用化學和物理方法測定水中各種化學成分的含量。水質分析分為簡分析、全分析和專項分析三種。簡分析在野外進行，分析項目少，但要求快而及時，適用于初步了解大面積范圍內各含水層中地下水的主要化學成分;專項分析的項目根據具體任務的需要而定，如進行水化學找礦時，用高精度光譜儀著重分析所尋找的某些金屬離子，進行水的放射性測定時，則著重分析某些放射性元素等等。

分析化學可以分為定性分析和定量分析兩個部門。定性分析又可以分為無機定性分析和有機定性分析。其目的是鑒定化合物或混合物是由哪些組分（元素、離子、基團或化合物）所組成。定量分析也可以分為無機定量分析和有機定量分析兩部分，它們的任務是測定物質各組分的含量。

在一般化學分析的工作程序上總是定性分析先于定量分析，因為只有首先了解物質的定性組成，然后才能選擇適當的定量分析方法。測出所含元素或離子等的含量。然而，在水質分析工作中，由于天然水、工業用水和生活污水所含成分一般都已知道；工業廢水性質雖然復雜，但其成分也可以從該工廠所使用的原料和生產工藝過程等概略地推測，故除特殊情況外，水的定性分析很少應用。不過，由于環境保護工作的深入發展，有時為了了解某些工業廢水和天然水的全面組成或某些水質處理過程的中間產物等，也需要進行定性分析。

定性分析是應用化學反應，將待測的元素或離子轉變為具有某些特殊性質的新化合物。如（1）發生特殊的顏色，（2）析出具有一定形狀的沉淀物，（3）發生可以識別的氣體，（4）原有顏色的變化及（5）原有沉淀物的溶解等，根據這些化學反應結果和新化合物的特殊性質，即可判斷試樣中是否含有某種成分。定量分析主要是應用化學反應中物質不滅定律和當量定律來測定試樣中各組分的含量。定量分析按其分析時采用的方法。主要可分為：（1）重量分析，（2）容量分析，（3）光學分析（如比色分析、比濁分析、光譜分析等），（4）電化學分析（如極譜分析、電位分析等），以及（5）色譜分析（如氣相色譜、液相色譜）。

光學分析、電化學分析、色譜分析等都是利用待測組分的某種物理性質或物理化學性質來進行分析測定的。在分析時往往需要應用比較精密和比較復雜的儀器。所以有時也稱為儀器分析。在水質分析中最常用到的儀器有紫外－可見分光光度計、原子吸收分光光度計、氣相色譜儀等。有時還根據水質分析的特點制成專用的儀器。如測汞儀、溶解氧儀、生化需氧量測定儀、總有機碳測定儀等。

儀器分析具有快速、準確、靈敏等優點，還便于自動連續測定。因而發展很快，有著廣闊的應用前途。但目前有的儀器價格較高，平時維護（如需恒溫、恒濕、防震等）和對操作人員的要求也較高。因此，在大多數水質分析工作中，儀器分析和普通的化學分析是相輔相成、互為補充的。其中，普通的化學分析法仍居于重要的、基礎的地位。