Hóa học tổ hợp bao gồm các phương pháp tổng hợp hóa học mà tạo khả năng điều chế một số lượng lớn (hàng chục đến hàng ngàn hoặc thậm chí hàng triệu) các hợp chất trong một quy trình đơn lẻ. Các thư viện hợp chất này có thể được tạo ra thành hỗn hợp, các bộ hợp chất riêng lẻ hoặc các cấu trúc hóa học được phần mềm máy tính tạo ra. Hóa hợp thể có thể được sử dụng để tổng hợp các phân tử nhỏ và cho các peptide.
Các chiến lược cho phép xác định các thành phần hữu ích của thư viện cũng là một phần của hóa học tổ hợp. Các phương pháp được sử dụng trong hóa học tổ hợp cũng được áp dụng bên ngoài lĩnh vực hóa học.