以物質的物理或物理化學性質為基礎設計的用儀器進行分析的方法。主要特點是：①有很高的靈敏度，能夠進行痕量和超痕量元素的化合物分析，甚至單原子和單分子的分析。②能夠高選擇性地測定物質的成分，也能夠確定物質中元素與化合物的價態、形態、狀態、結構乃至能態。③既能用於對樣品進行靜態分析，也能夠進行即時、線上、連續、自動和瞬態分析。④能用於無損分析、活體原位分析和遙測遙感分析等。在礦物學、地質學、海洋學、生物學、醫藥學、農業科學、天文學、考古學、生態學等學科研究領域起起著十分重要的作用。此外，還被廣泛應用於工農業生產和人類生活的各個方面，包括地礦資源勘探、產品質量檢查、工藝質量控制、環境污染物檢測，以及食品、藥品、臨床和法庭檢驗等。
簡史 儀器分析是在化學分析的基礎上發展起來的。隨著科學技術的發展和工農業生產與國防的需要，化學分析在靈敏度、選擇性、分析速度等方面已經遠遠不能適應時代的需要。20世紀初期至中葉，隨著物理學、電子學、半導體科學和原子能科學技術的發展，儀器分析在很多領域逐漸替代瞭化學分析，取得瞭眾多的研究與應用成果。20世紀末，隨著計算機技術、網絡技術、生物技術、納米技術、激光技術與光導纖維技術的發展，儀器分析在材料、環境和生命科學研究中顯示出越來越重要的作用。人類基因組計劃的提前完成，在很大程度上就歸功於儀器分析技術（主要是毛細管電泳陣列技術）的發展。
分類 根據依據的原理不同，儀器分析可分為色譜法、光譜化學分析、質譜法、電化學分析、放射化學分析和熱分析等幾大類。每一大類中又包含瞭多種不同的分析方法。如色譜分析包括氣相色譜法、液相色譜法、超臨界流體色譜法和毛細管電泳等多種方法；光（波）譜分析分為原子光譜（原子發射光譜法、原子吸收光譜法和原子熒光光譜法）、分子光譜（紫外–可見分光光度法、紅外光譜法、熒光分析、磷光分析和化學發光分析以及拉曼光譜學等）、核磁與順磁共振波譜、X射線光電子能譜與俄歇電子能譜、X射線熒光與X射線衍射分析等方法；電化學分析則分為電導分析、電位分析、電解分析、庫侖分析、極譜法和伏安法，以及電化學傳感器等方法。將兩種或兩種以上的分析儀器聯用能夠增強分析檢測能力，因此儀器的聯用分析技術近年來也得到瞭長足的發展。產生瞭包括氣相色譜–質譜聯用、液相色譜–質譜聯用、質譜–質譜聯用、氣相色譜–紅外光譜聯用，以及色譜–原子光譜、色譜–核磁共振譜聯用等多種聯用技術。
發展趨勢 儀器分析的研究熱點包括以單原子、單分子與納米粒子分析為代表的高靈敏度檢測方法與技術，以生物大分子如蛋白質與基因分析為代表的復雜生物分子的結構與功能分析的方法與技術，以及以生物芯片為代表的高信息量、微型化的分析方法與技術等。此外，隨著航天探測技術的發展，遙測與遙感技術也成為關註的一個重要研究課題。由於現代儀器分析已經遠遠超出瞭化學學科所涵蓋的領域，綜合瞭數學、物理學、計算機科學、生物科學和精密儀器制造科學的成果，不少學者認為這門科學已經走出瞭化學，而成為交叉性的學科，並稱其為分析科學。