A quimiluminescência, da mesma forma que a espectroscopia de emissão atômica (AES), utiliza medições quantitativas da emissão óptica da espécie química excitada para determinar a concentração da substância analisável (analito). Entretanto, ao contrário da AES, a quimiluminescência, geralmente, é a emissão de moléculas energizadas e não de átomos simplesmente excitados. A quimiluminescência pode suceder tanto na fase de solução como na fase de gás, e é usada para a determinação quantitativa de muitas espécies importantes orgânicas e inorgânicas em traços.
A quimiluminescência é produzida quando uma reação química gera uma espécie excitada eletronicamente, a qual emite luz ao voltar a um estado de menor energia. A molécula excitada pode ser o produto da reação entre a substância analisável (analito) e um reativo apropriado, por exemplo, ozônio ou peróxido de hidrogênio. Em outros casos a substância analisável não está diretamente envolvida na reação quimiluminescente; em compensação, o que serve como parâmetro analítico, é o efeito inibidor da substância analisável.