Kémiai vízminősítés során mérik a víz oldott sótartalmát, az oldott oxigénnek és a szerves anyagoknak a mennyiségét.
A szerves anyagok mennyiségét azzal az oxigénmennyiséggel jellemezzük, amely adott körülmények között oxidálásukra elfogy (BOI5 – biológiai oxigénigény, és KOI – kémiai oxigénigény). A BOI érték változása jó indikátora a vizek szerves szennyeződésének, mivel a víz oldott oxigéntartalmának csökkenése a felelős számos esetben a halpusztulásokért. Gyorsabb meghatározást tesz lehetővé a kémiai oxigénigény mérése, mert nem kötődik mikroorganizmusok tevékenységéhez. Erős oxidálószert (kálium-permanganátot vagy kálium-dikromátot) alkalmaznak az oxidáció céljára.
A kémiai vízminősítés során mérik továbbá a nitrogénvegyületek (ammónia, nitrát) és a foszforvegyületek mennyiségét – ez elsősorban a vizek eutrofizációja miatt fontos (lásd az eutrofizáció tárgyalásánál). A nitrogénvegyületek mennyiségének ellenőrzése azért szükséges, mert a nitrátok nitritekké tudnak alakulni, amelyek a vér hemoglobinjához kapcsolódva, annak oxigénszállító képességét lecsökkentik. A methemoglobinémia gyermekeknél halálos is lehet, s bár ma már ritka, vidéki területeken sajnos még most is előfordul.
Ugyancsak a kémiai vízminősítéshez tartozik a mikroszennyezők mérése (ilyenek a növényvédőszerek, olajok, mosószerek, fenolok és származékaik, toxikus fémek (Hg, Pb, Cu, Ba, Cd, As, Cr stb.), elemek és vegyületek.
