Phân tích hóa học định lượng là một phần quan trọng của hóa học môi trường, vì nó cung cấp dữ liệu nền cho hầu hết các nghiên cứu về môi trường.[10]

Các kỹ thuật phân tích phổ biến được sử dụng để xác định định lượng trong hóa học môi trường bao gồm hóa ướt cổ điển, chẳng hạn như phương pháp trọng lượng, chuẩn độ (titration) và điện hóa. Các phương pháp phức tạp hơn được sử dụng để xác định vết kim loại và các hợp chất hữu cơ. Các kim loại thường được đo bằng phương pháp quang phổ nguyên tử và phương pháp khối phổ: Phương pháp phổ hấp thu nguyên tử (AAS) và Phát xạ nguyên tử plasma kết hợp cảm ứng (ICP-AES), hoặc kỹ thuật Đo phổ khối plasma kết hợp tự cảm (ICP-MS). Các hợp chất hữu cơ, bao gồm cả PAH, cũng thường được đo bằng các phương pháp khối phổ, chẳng hạn như sắc ký khí khối phổ (GC/MS) và sắc ký lỏng khối phổ (LC/MS). Phép đo khối phổ song song (MS/MS) và phép đo khối phổ độ phân giải cao/chính xác (HR/AM) cung cấp phần phụ trên mỗi nghìn tỷ lần phát hiện. Các phương pháp phi MS sử dụng GC và LC có đầu dò phổ quát hoặc cụ thể vẫn là mặt hàng chủ lực trong kho công cụ phân tích hiện có.

Các thông số khác thường được đo trong hóa học môi trường là hóa chất phóng xạ. Đây là những chất gây ô nhiễm phát ra các chất phóng xạ, chẳng hạn như các hạt alpha và beta, gây nguy hiểm cho sức khỏe con người và môi trường. Máy đếm hạt và máy đếm nhấp nháy được sử dụng phổ biến nhất cho các phép đo này. Xét nghiệm sinh học và xét nghiệm miễn dịch được sử dụng để đánh giá độc tính của các tác động hóa học đối với các sinh vật khác nhau. Phản ứng chuỗi polymerase (PCR) có thể xác định các loài vi khuẩn và các sinh vật khác thông qua quá trình phân lập và khuếch đại gen DNA và RNA cụ thể và đây hứa hẹn là một kỹ thuật có giá trị để xác định ô nhiễm vi sinh vật trong môi trường.