ธรณีเคมี (Geochemistry) เป็นวิทยาศาสตร์ประยุกต์แขนงหนึ่ง ซึ่งหมายถึงการศึกษาเกี่ยวกับคุณสมบัติทางเคมีของวัตถุต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติบนพื้นโลก ได้แก่ หิน ดิน น้ำ และ พืช เป็นต้น
เป็นการสำรวจหาแหล่งแร่ หรือพื้นที่ศักยภาพแหล่งแร่ เป็นที่ยอมรับว่ามีประสิทธิภาพดีในการหาแหล่งแร่ที่ปกคลุมอยู่ใต้ผิวดินในระดับที่ไม่ลึกมากจากผิวดินเกินไป การสำรวจธรณีเคมีจะอาศัยการวิเคาระห์ทางเคมี หาปริมาณธาตุหรือสารประกอบที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ทั้งใน ดิน น้ำ หรือพืช การเลือกชนิดตัวอย่างจะขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการสำรวจ ผลวิเคราะห์ทางเคมีและการประเมินทางสถิติ จะทำให้ทราบถึงการแพร่กระจายของธาตุหรือสารประกอบในบริเวณต่างๆ ที่มีค่าผิดปกติแตกต่างจากบริเวณอื่นๆ เพื่อเป็นแนวทางในการกำหนดเป้าหมายที่น่าสนใจ สำหรับเป็นพื้นที่ศักยภาพแหล่งแร่นั้นๆ ข้อมูลการสำรวจธรณีเคมีจัดเป็นข้อมูลพื้นฐานที่สำคัญที่จะนำไปสู่การวางแผนการบริหารจัดการเกี่ยวกับพื้นที่ด้านทรัพยากรแร่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การสำรวจเก็บตัวอย่างธรณีวัตถุต่างๆ เช่น ดิน หิน แร่ น้ำ รวมถึงสิ่งมีชีวิต เพื่อวิเคราะห์ด้านสิ่งแวดล้อม นำมาวิเคราะห์ทางเคมี การเลือกชนิดตัวอย่างขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการสำรวจ ผลวิเคราะห์ทางเคมีแสดงปริมาณธาตุต่างๆ ในตัวอย่างบริเวณหนึ่ง ใช้เทียบกับปริมาณธาตุของตัวอย่าง
