Nghiên cứu về hóa học có thể được chia thành các hướng sau đây:

• Hóa học đại cương, giới thiệu chung về khoa học hóa học.
• Phân tích định tính, đưa ra các phương pháp thử về sự có mặt của các hợp chất hóa học.
• Phân tích định lượng, đưa ra các phương pháp xác định chính xác về hàm lượng các chất khác nhau có mặt trong mẫu nguyên vật liệu.
• Hóa học vô cơ, là hóa học của các nguyên tố trừ cacbon và các hợp chất của chúng.
• Hóa học hữu cơ, là hóa học của các hợp chất có chứa cacbon.
• Hóa lý, nghiên cứu các mối quan hệ định lượng giữa đặc điểm của chất và phản ứng của chúng.
• Hóa sinh, là hóa học của các hợp chất trong cơ thể sống.
• Cấu trúc hóa học, có liên quan đến cấu trúc phân tử và mối quan hệ của chúng đến các đặc tính của chất.
• Hóa bức xạ, là hóa học của các nguyên tố phóng xạ và các phản ứng có liên quan đến hạt nhân nguyên tử.
• Hóa học công nghiệp, có liên quan đến các quá trình công nghiệp.

Mặc dù hóa học là một lĩnh vực rất rộng lớn và phức tạp, nhưng nó vẫn tiếp tục phát triển khi các nguyên tố mới được khám phá, các hợp chất mới được tổng hợp và các quy luật mới được hình thành. Các nhà hóa học hoặc các kỹ sư hóa học cần phải có những kiến thức trong tất cả các hướng nghiên cứu của hóa học, ngay cả khi họ đã chuyên sâu trong một hướng cụ thể.

Khoa học hóa học không thể tách rời với vật lý và toán học và nó cũng có mối liên kết chặt chẽ với một số khoa học khác như hóa vô cơ có liên hệ chặt chẽ với địa chất, khoáng học và luyện kim, còn hóa hữu cơ lại có mối liên hệ với sinh học.