Прогрес аналітичної хімії базується на розвитку її теоретичних основ. Основу становлять, з одного боку, певним чином перевтіленні - іноді дуже сильно - положення із суміжних розділів хімії й фізики: координаційної хімії, теорії розчинів, навчання про хімічну рівновагу, органічну хімію. З іншого боку, у загальну теорію хімічного аналізу входять специфічні напрямки, що створювались та розвиваються самою аналітичною хімією, наприклад метрологія хімічного аналізу, теорія титрування.
В основі різноманітних хімічних і фізико-хімічних методів аналізу лежать, як правило, реакції трьох типів: кислотно-основні, окислювально-відновні і реакції комплексоутворення. Значення їх у практиці аналізу приблизно однаково, але наукові дослідження зосереджені переважно навколо реакцій двох останніх типів. Теорія кислотно-основних взаємодій непогано розроблена, тут багато чого давно встоялося. Правда, у цей час увага притягнута до кислотно-основних реакцій у неводних розчинах. Окислювально-відновні реакції знаходять всі нові застосування в різноманітних фізико-хімічних методах аналізу, і тому їх досліджують досить інтенсивно. Однак особливо велике значення має вивчення процесів комплексоутворення - для фотометричного й флуориметричного аналізу з використанням органічних реагентів, кінетичних методів аналізу, методів поділу елементів.
Для зазначених, а також багатьох інших розділів хімічного аналізу дуже істотне виявлення співвідношення між сполукою, структурою, стійкістю сполуки та ії хіміко-аналітичними властивостями – фарбуванням, розчинністю у воді й органічних розчинниках та ін. Тому дослідженню комплексів, що мають аналітичне значення, приділяється багато уваги. У журналах по неорганічній хімії можна знайти чимало статей, автори яких – аналітики. Їхні роботи присвячені вивченню рівноваг у розчинах, визначенню складу координаційних сполук, констант стійкості комплексів. Здавалося б, останні дослідження виходять за межі інтересів аналітичної хімії, однак, не одержуючи в повному об'ємі потрібних відомостей з неорганічної хімії, аналітики ставляться перед необхідністю проведення таких досліджень власними силами. Тут тільки необхідне почуття міри; подібні дослідження для аналітичної хімії все-таки засіб, а не ціль. Іноді можна спостерігати, як, уставши на шлях таких досліджень, хіміки-аналітики починають забувати про використання одержуваної інформації з метою аналізу. Відомо, наприклад, багато робіт з визначення сполуки й констант стійкості комплексів металів з β-дикетонами, але відомості чисто аналітичного характеру із цієї серії робіт майже не надходять.
От кілька прикладів досліджень комплексоутворення, виконаних хіміками-аналітиками України.
А. К. Бабко одним з перших увів подання про східчасту дисоціацію комплексів у розчинах і вніс великий вклад у вивчення відповідних рівноваг, застосувавши принципи фізико-хімічного аналізу. Він розвинув теоретичні основи методів визначення сполуки й констант стійкості комплексів з використанням методів, заснованих на законі дії мас і фотометричної реєстрації ходу реакції. Ці дослідження узагальнені в його книзі «Фізико-хімічний аналіз комплексних сполук у розчинах (оптичний метод)» виданої в 1955 р. А. К. Бабко розвинув також металоіндикаторний метод вивчення комплексних сполук; результати викладені в монографії А. К. Бабко й М. И. Штокало «Металоіндикаторний метод вивчення комплексів у розчинах» (1969).
Цей найвизначніший хімік-аналітик дав теоретичне обґрунтування багатьом аналітичним методам, розробив велику кількість конкретних способів визначення елементів, створив більшу школу аналітиків, написав ряд інших монографій і підручників – «Кількісний аналіз (1956, разом з И. В. Пятницким), «Фотометричний аналіз» (т. I, 1968, разом з А. Т. Пилипенко), “Хемілюмінесцентний аналіз” (1966, разом з Л. И. Дубовенко й Н.М. Луковской).
В. А. Назаренко розробив прийом дослідження реакцій багатозарядних іонів металів
с органічними реагентами, наприклад спосіб визначення числа іонів водню, що виділяються при реакції. Прийоми ці використовують у ряді наукових центрів. Н. П. Комарь запропонував методи вивчення багатокомпонентних систем, важливих для фотометричного аналізу, створив прийоми сукупного розрахунку констант рівноваг у розчинах. Відомості про стан елементів і їхніх сполук у розчинах і інших аналізованих об'єктах дуже важливі для аналітичної хімії. Тому дослідженню не тільки комплексоутворення, але й гідролізу, полімеризації надається велике значення. Для цього використають різні методи: електронну й інфрачервону спектроскопію, методи електронного парамагнітного резонансу, ядерного магнітного резонансу, электрофорез. Особливо широко поширені хімічні методи, засновані на законі дії мас. Великий внесок у цю область внесли школи І.П. Алімарина й А.К. Бабко.
Інший цикл загальнотеоретичних робіт пов'язаний з дослідженням кінетичних факторів. Найбільш важливим аспектом є розвиток основ кінетичних методів аналізу. Велика заслуга в цій області належать К. Б. Яцимирскому і його співробітникам. Можна було б згадати й про роботи в області використання фотохімічних процесів.
Хіміки-аналітики внесли великий вклад у дослідження співосадження. Останнє відіграє значну роль при гравіметричному визначенні елементів, при поділі сумішей іонів методом осадження й концентруванні мікроелементів.
Складною проблемою, що має наукове й народногосподарське значення, є проблема метрологічного обґрунтування хімічного аналізу. Розвиток теорії в цій області покликано забезпечити правильність аналізу навіть при низькій межі виявлення, гарну відтворюваність вимірів, накопичування результатів аналізу у формі, зручної для їхній наступного узагальнення. Тут справа за раціональним використанням математики, у тому числі математичної статистики й теорії інформації.