Es el estudio bioquímico de los fluidos corporales, especialmente la sangre y la orina, que utiliza reacciones químicas, que ocurren en las muestras y pueden ser detectadas mediante métodos fotométricos (absorbancia, turbidimetría, fluorescencia), para identificar y cuantificar componentes biológicamente importantes (denominados analitos) presentes en estas.

La determinación de estos analitos permite realizar el diagnóstico, seguimiento, control de tratamiento, tamizaje y detección del riesgo de desarrollar muchísimas enfermedades.

Las pruebas de Química Clínica permiten detectar una amplia variedad de analitos que reflejan el estado o función de distintos sistemas del cuerpo, o son indicadores de ciertas enfermedades, mediante el uso de analizadores automatizados, que solo requieren pequeñas cantidades de muestra. 

Entre las pruebas rutinarias de Química Clínica se encuentran la medición de analitos para evaluar la función metabólica (p. ej. glucosa), del hígado (p. ej. ALT, AST) y del riñón (p. ej. creatinina, BUN), así como determinar los subtipos de lípidos (colesterol total, HDL y LDL, triglicéridos), el estado nutricional (p. ej. hierro, vitamina B12) y los niveles de electrolitos (p. ej. sodio, cloro y potasio).

También se realiza medición de hormonas del cuerpo, entre ellas las reproductivas, las tiroideas, pruebas de embarazo (β-hCG), entre otras, detección de proteínas (p. ej. albúmina, ferritina, inmunoglobulinas), marcadores tumorales (CEA, CA 19-9, CA 15-3, AFP) y monitorización de fármacos (p. ej. ácido valproico). Además, pruebas de detección de anticuerpos IgM e IgG contra agentes infecciosos como el citomegalovirus, el virus de la rubéola, Toxoplasma gondii, los virus de las hepatitis B y C, y el VIH.