化学分类学（chemotaxonomy），以生物的化学成分及其合成途径的特征为依据，配合传统分类及有关学科，以研究生物类群的特性、起源、亲缘关系及其系统发育规律的分类学分支，是从分子水平来探讨生物进化的一门学科。化学分类学这一名称是荷兰生化学家R.海赫瑙尔于20世纪50年代末提出的。60年代，由于植物生化资料的积累、寻找药物及其他轻工、化工原料的要求及成功，尤其是各种色谱分析方法和电泳技术的发展，以及植物分类本身得到更多的特征，植物化学分类迅速发展。
化学分类学的研究内容可概括为：①对各级分类阶元例如科、属和种所含化学成分（包括主要成分，次要成分和特征成分）的特性和合成途径进行比较研究。②探索各化学成分在生物界中的分布规律，研究生物体中化学成分的自身进化。③根据生物所含的化学成分及其合成途径，配合传统分类学及有关学科，共同研究生物类群的起源，如植物起源、动物起源、被子植物起源和哺乳动物起源等。
化学分类学分为植物化学分类学和动物化学分类学。①植物化学分类学研究生物碱、酚类、β-硫代葡萄糖苷脂、氨基酸、类萜、油等次生代谢物的功能和它们在植物中的分布，以及它们与其他性状的相关性等。应用植物次生代谢的分布来改进植物分类系统，使分类系统愈益接近其自然演化的实际情况。根据精油、生物碱等在植物界（主要是被子植物）各目、科里的分布情况制定的植物分类系统，已更接近植物自然演化的实际情况。②动物化学分类学的研究历史较短，但已使一些疑问得到澄清。如鸟纲中之红鹳(火烈鸟)，以往置于鹳形目或雁形目，但红鹳之外形及习性介于鹳形、雁形二目之间，经20年研究，用酶法、电泳法分析、比较100种鸟类的卵蛋白后，确定红鹳为独立于鹳形目与雁形目的类群，建立了红鹳目。
