דגימה מתייחסת לתת-קבוצה קטנה המייצגת אוכלוסייה רחבה יותר. בכימיה אנליטית, ניתוח של כלל האוכלוסייה הוא לעיתים קרובות בלתי מעשי או בלתי אפשרי. לכן, נעשה שימוש בדגימות כדי להסיק מסקנות וליצור הכללות על כלל האוכלוסייה. שיטת הדגימה בוחרת פריטים או יחידים מתוך האוכלוסייה ליצירת דגימה. שיטות דגימה נפוצות כוללות דגימה אקראית, שיפוטית, שיטתית, ריבודית, ודגימת אשכולות.

בכימיה אנליטית, בחירת שיטת הדגימה היא משמעותית, שכן היא משפיעה באופן ישיר על איכות ואמינות הנתונים שנאספו. שיטות דגימה שונות עשויות להכניס דרגות משתנות של הטיה ושגיאות, שמשפיעות על תקפות תוצאות הניסוי. לדוגמה, דגימה אקראית ממזערת הטיה בבחירה, בעוד דגימה ריבודית מבטיחה ייצוג מספק של תת-קבוצות מסוימות, מה שהופך את הנתונים למייצגים יותר של האוכלוסייה.

גורמים אלו - כגון בחירת שיטת הדגימה המתאימה, מזעור הטיה, וצמצום שגיאות - אינם תיאורטיים בלבד; הם ממלאים תפקיד משמעותי ביישומים בעולם האמיתי. בתעשיות כמו תרופות, ייצור מזון וניטור סביבתי, בחירת שיטת הדגימה יכולה להיות ההבדל בין מוצר בטוח למוצר מסוכן. לדוגמה, בבדיקות סביבתיות, דגימה שיטתית יכולה לחשוף מגמות זיהום, בעוד שדגימה מוטה או לא מדויקת עשויה להוביל לתנאים מסוכנים שלא יתגלו.

במעבדות בעולם האמיתי, הדיוק בשלבים אלו הוא קריטי לשמירה על בקרת איכות ועמידה בתקני רגולציה. טכניקות אנליטיות כמו ספקטרוסקופיה, כרומטוגרפיה, וספקטרומטריית מסה תלויות לעיתים קרובות בדיוק של תהליך הדגימה הראשוני. שגיאות דגימה בטכניקות אלו יכולות להוביל לנתונים שגויים, שמשפיעים על תוצאות מחקר ועל קבלת החלטות קריטיות בתעשיות.

דגימה גולמית, הידועה גם כדגימת נפח, היא דגימה גדולה הנלקחת מאוכלוסייה. דגימה זו נלקחת לרוב בצורה אקראית מתוך כלל האוכלוסייה, ללא התייחסות למאפיינים או חלוקות מסוימות. בעוד שדגימות גולמיות יכולות לספק סקירה רחבה, הן לעיתים קרובות גדולות מדי לניתוח מעשי. לשם כך, נלקחת דגימה בגודל נוח לניתוח במעבדה, הנקראת דגימה מעבדתית. דגימת ניתוח היא תת-קבוצה של הדגימה המעבדתית, המשמשת לבדיקות או חקירות ספציפיות.