يعد الدور الرئيسي للكيمياء الطبية توفير المعلومات الكيميائية والفيزيائية التي تحتاجها الطبية لتشخيص المرض وعلاجه. فالكيمياء الطبية تشمل دراسة المركبات الكيميائية الموجودة في الجسم البشري والدواء وكذلك دراسة الكيمياء الحيوية والجزيئية للعمليات الحيوية في الجسم.
يستخدم الكيمائيون الطبيون أساليب كيميائية معينة لتحليل العينات البيولوجية مثل الدم والبول والمخاط والأنسجة لتحديد تركيز العديد من المركبات الكيميائية مثل الهرمونات والإنزيمات والفيتامينات والبروتينات والسكريات. كما يقومون بتصميم وتطوير الأدوية الحيوية والصناعية وفحصها لضمان كفاءتها وسلامتها، بالإضافة إلى إجراء الأبحاث والدراسات العلمية الأساسية لفهم المزيد عن الميكانيكية الكيميائية للأمراض وحلولها.
على النحو السالف الذكر، فإن دور الكيمياء الطبية في الطب لا يقتصر على فحص وتحليل العينات البيولوجية، بل يتعداه إلى الأبحاث العلمية وتطوير الأدوية الحيوية وغير الحيوية ودراسة ميكانيكية الأمراض وحلها، مما يجعلها من العلوم الأساسية والطبية الهامة التي تعمل بشكل مكثف مع الأطباء والباحثين في مجال الطب.