Pengukuran kimia secara inheren rentan terhadap variabilitas, dan statistik menyediakan bahasa serta alat untuk mendeskripsikan, menginterpretasi, dan menarik kesimpulan dari variabilitas tersebut. Statistik deskriptif merangkum kumpulan data menggunakan ukuran tendensi sentral — rata-rata (mean) dan median (nilai tengah) — serta ukuran dispersi seperti simpangan baku (s) dan varians (s²). Distribusi normal (Gaussian) menggambarkan banyak sumber kesalahan acak alami; sekitar 68% pengukuran berada dalam ±1s dari rata-rata, 95% dalam ±2s, dan 99,7% dalam ±3s.
Interval kepercayaan menyatakan rentang di mana rata-rata populasi sebenarnya diharapkan berada pada tingkat probabilitas tertentu (biasanya 95%). Interval dihitung sebagai x̄ ± t · s / √n, di mana t adalah nilai t Student untuk kepercayaan dan derajat kebebasan yang diinginkan. Uji hipotesis menggunakan uji-t untuk membandingkan rata-rata sampel dengan nilai referensi (uji-t satu sampel) atau untuk membandingkan dua rata-rata sampel (uji-t dua sampel dan berpasangan). Uji-F membandingkan dua varians untuk menentukan apakah perbedaannya signifikan secara statistik.
Analisis varians (ANOVA) memperluas uji-t untuk membandingkan tiga atau lebih rata-rata kelompok secara simultan. ANOVA satu arah mempartisi varians total menjadi komponen antar-kelompok dan dalam-kelompok. Rasio-F (varians antar-kelompok dibagi varians dalam-kelompok) menguji hipotesis nol bahwa semua rata-rata kelompok sama. Uji post-hoc seperti HSD Tukey mengidentifikasi pasangan spesifik mana yang berbeda secara signifikan.
Deteksi pencilan sangat penting karena satu nilai menyimpang dapat mendistorsi kesimpulan statistik. Uji Grubbs mengidentifikasi satu pencilan pada satu waktu dengan membandingkan deviasi maksimum dari rata-rata terhadap nilai-Z kritis. Uji-Q Dixon mengevaluasi apakah nilai terkecil atau terbesar dalam kumpulan data kecil (n ≤ 30) bersifat diskordan. Pencilan yang dicurigai tidak boleh dibuang secara sembarangan — memerlukan justifikasi terdokumentasi dan hanya boleh dihilangkan jika penyebab fisik atau prosedural telah dikonfirmasi.
Kurva kalibrasi menghubungkan respons instrumen y dengan konsentrasi analit x melalui regresi linear berdasarkan kriteria kuadrat terkecil: meminimalkan Σ(yᵢ − ŷᵢ)². Regresi menghasilkan kemiringan m, intersep b, dan koefisien korelasi r². Konsentrasi tak diketahui diprediksi dengan menginterpolasi responsnya pada garis regresi. Batas deteksi (LOD) adalah konsentrasi terkecil yang dapat dibedakan dari blanko, biasanya dihitung sebagai 3,3 · σ/S, di mana σ adalah simpangan baku blanko dan S adalah kemiringan. Batas kuantifikasi (LOQ) ditetapkan pada 10 · σ/S, mewakili pengukuran kuantitatif terendah yang andal.
