Milieuchemie is de wetenschappelijke studie van de chemische en biochemische fenomenen die zich op natuurlijke plaatsen voordoen. Milieuchemie kan worden gedefinieerd als de studie van de bronnen, de reacties, het transport, de effecten en het lot van chemische soorten in de lucht, de bodem en het watermilieu; en het effect van de menselijke activiteit op deze. Milieuchemie is een interdisciplinaire wetenschap die de atmosferische, aquatische en bodemchemie omvat, maar ook gebruik maakt van analytische chemie. Het is gerelateerd aan milieu- en andere wetenschapsgebieden. Het is anders dan de groene chemie, die probeert de potentiële vervuiling aan de bron te verminderen.
Milieuchemie begint met het begrijpen van de werking van het niet-verontreinigde milieu. Het identificeert de chemische stoffen die van nature aanwezig zijn. Het bestudeert de concentratie en de effecten van die chemicaliën. Vervolgens bestudeert het nauwkeurig de effecten die de mens heeft op het milieu door het vrijkomen van chemicaliën.
Milieuchemici maken gebruik van een reeks concepten uit de chemie en diverse milieuwetenschappen om te helpen bij hun studie van wat er met een chemische stof in het milieu gebeurt. Belangrijke algemene concepten uit de chemie zijn het begrijpen van chemische reacties en vergelijkingen, oplossingen, eenheden, bemonstering en analysetechnieken. Chemici bestuderen verbindingen met biologische activiteit zoals feromonen.