以有機化合物作為分析物件的分析化學分支學科。有機分析開始於19世紀初，1830年J.von李比希把有機化合物在燃燒管中氧化成二氧化碳和水，吸收在堿石棉和無水氯化鈣中，再用稱量法，算出樣品中碳和氫的百分比；樣品中的氧則以減量法計算。1833年J.-B.-A.杜馬創立瞭氮的定量分析。20世紀初F.普雷格爾在此基礎上發展為有機微量分析，用微量天平可分析幾十毫克的樣品。20世紀有機分析大量採用電化學分析法（如庫侖侖分析、伏安法等）和光譜分析。有機分析的對象除實驗室合成的有機化合物以外，還涉及石油產品、化工原料、塑料、樹脂、炸藥、農藥、洗滌劑、醫藥和生物代謝物，是工業和醫療化驗的眼睛，對解決基礎理論和生產實際問題是不可缺少的工具。現在有機分析正向著靈敏、準確、特異、微量化、自動化方向發展。
有機分析包括有機化合物的純化、定性和定量分析。純化樣品的方法可通過經典的分離手段，如結晶、升華、蒸餾、萃取和各種色譜法。定性分析包括對樣品所含元素、官能團、結構和組成的確定。對文獻中已有報道的有機化合物可從其物理常數和光譜數據來鑒定。常用的紅外光譜、紫外光譜、核磁共振譜、質譜中對已知化合物均有記載，隻要對比它們的數據即可知試樣是何種化合物。對未知化合物則要通過元素分析、質譜法確定其組成和分子量，再用紅外光譜法來查找其特征官能團，核磁共振分析確定分子中原子之間的聯系，從而推斷出它的結構。單晶X射線衍射法也是測定化學結構較好的方法。從衍射圖可確定化合物中原子的空間排列情況，並通過計算機處理得到分子結構和晶體結構。
定量分析 包括有機元素定量分析和有機官能團定量分析，前者指測定化合物中各元素的含量，由此求出各元素的組成比例和經驗式，進一步求出化合物的純度和含量。有機官能團定量分析利用化學反應或儀器分析法測出某一特定基團在樣品中的百分率，可以得到有關結構的信息，也可根據官能團在化合物中所占的比例換算出化合物的含量。有機化合物的定量分析實際上就是對其中的官能團的測定，許多官能團的定量測定方法是由定性鑒別反應發展而來的。有機定量分析所用的方法除經典的重量分析、滴定分析和比色法外，也廣泛應用元素分析儀和各種光譜化學分析、電化學分析。
許多儀器分析都可以用微量樣品獲得各種分子的定性或定量的信息。例如紅外光譜記錄的是分子振動和轉動產生的吸收光譜，各種官能團和分子的特征吸收波段位於25～2.5微米（換算成波數是700～4 000厘米−1）。隻要分子中含有重鍵和共軛雙鍵等有關官能團，都可在此波長范圍內產生吸收峰。樣品可溶於石蠟糊或溶劑中，其濃度低至10−6摩都有可能測到。紫外–可見光譜法用於鑒別電子躍遷對入射光的吸收情況，一般含有重鍵的化合物、芳香族化合物及有顏色的化合物在紫外和可見光區產生吸收峰。可見光的波長比紅外光的波長短，范圍是700～400納米，紫外光的波長范圍是400～200納米，在相應的波長范圍內用光譜儀記錄試樣的吸收光譜，根據標準樣特征峰的吸光度相對大小作比色測量，可求出樣品在溶液中的濃度。色譜法可與質譜法聯用進行分離和鑒定分子量，是迅速而有效地分離和測定許多復雜混合物的有效手段，樣品可少到毫克或微克。