Structuuranalyse is de natuurwetenschap die de chemische structuur van stoffen onderzoekt, in het bijzonder die van kristallen en moleculen. Het identificeren van de onderdelen waaruit een materiaal is opgebouwd wordt materiaalkarakterisering genoemd.
Als onderdeel van de scheikunde, is chemische structuuranalyse de wetenschappelijke discipline bij uitstek waarbij men geïnteresseerd is in de interactie van elektromagnetische straling met materie. Structuuranalisten houden zich dan ook bezig met verschillende vormen van spectroscopie. Elektromagnetische straling of licht zal bij interactie met materie dikwijls informatie geven over zowel de structuur of ruimtelijke ordening van de functionele groepen, samenstelling als de ordening van moleculen in een kristal. Dit is mogelijk omdat in tegenstelling tot de macroscopische wereld (waar alle grootheden continu veranderlijk zijn; een auto kan, bij wijze van spreken, alle snelheden aannemen), de grootheden in de microscopische wereld discreet of discontinu zijn: elektronen kunnen slechts bepaalde energieën hebben en wordt γ-straling uitgezonden met een karakteristieke golflengte. De soort informatie die men met spectroscopie verkrijgt, hangt af van de gebruikte energie van de elektromagnetische straling en gaat van radiogolven over zichtbaar licht tot röntgenstraling (ook wel X-straling genoemd).