Pelapukan kimia adalah proses yang terjadi ketika air, udara, atau asam menghasilkan perubahan kimia pada mineral di dalam batuan. Perubahan ini menyebabkan batuan larut atau berubah menjadi unsur baru. Tidak seperti pelapukan mekanis, pelapukan kimia dapat mengubah susunan batuan yang lapuk. Solusi, oksidasi, hidrasi, karbonasi, dan hidrolisis adalah contoh dari jenis pelapukan ini.
Solusi terjadi ketika pelarut seperti air memecah dan melarutkan batu. Air dapat memiliki beberapa efek pelapukan kimia pada batuan. Ketika mineral di dalam batuan menyerap air dan mengembang, struktur batuan menjadi tidak stabil. Efek ini dikenal sebagai hidrasi.
Sementara sebagian besar mineral tidak larut dalam air murni, banyak yang akan cepat lapuk bahkan ketika sejumlah kecil asam hadir. Air secara alami dibuat asam dengan menggabungkan dengan karbon dioksida. Karbon dioksida terjadi dalam jumlah kecil di atmosfer bumi, yang dapat menyebabkan keasaman dalam hujan. Respirasi hewan dan bahan organik yang membusuk dapat menambahkan karbon dioksida ke tanah, menyebabkan air tanah menjadi sedikit asam. Karbonasi terjadi ketika karbon dioksida bereaksi dengan mineral dalam batuan untuk melarutkan atau melemahkannya.
Oksidasi terjadi ketika oksigen di udara bergabung dengan mineral di dalam batu untuk membentuk senyawa kimia baru. Karat adalah contoh oksidasi. Oksigen berlimpah di atmosfer, tetapi oksidasi terjadi secara perlahan kecuali ada air. Oksigen terlarut dalam air menyebabkan sebagian besar pelapukan oksidasi.
Hidrolisis terjadi ketika mineral di dalam batu memiliki reaksi kimia terhadap hidrogen yang ditemukan dalam air hujan. Hal ini menyebabkan terbentuknya senyawa baru, melemahkan struktur batuan. Ketika granit mengalami hidrolisis, misalnya, feldspar yang terkandung di dalam batu berubah menjadi bahan seperti tanah liat, melemahkan batu.
Ketika hidrolisis terjadi, batuan dipengaruhi dari luar ke dalam. Banyak faktor yang mempengaruhi laju pelapukan kimia pada permukaan batuan. Jika batuan mengandung retakan atau rekahan, pelapukan akan memperburuk patahan tersebut. Susunan kimiawi bahan induk juga mempengaruhi laju pelapukan. Beberapa mineral lebih rentan terhadap bentuk pelapukan seperti itu; misalnya, batuan yang dikenal sebagai basalt mengalami pelapukan dengan cepat karena mineral yang dikandungnya tidak stabil secara kimia.
Pelapukan kimia lebih banyak terjadi di lingkungan tropis daripada di lingkungan Arktik atau gersang. Curah hujan yang tinggi, suhu yang lebih hangat, dan tingkat penguapan yang rendah menciptakan atmosfer yang mendorong pelapukan kimiawi. Partikel dengan luas permukaan yang lebih besar lebih berisiko mengalami pelapukan kimia daripada partikel dengan luas permukaan yang lebih kecil. Karena pelapukan kimia mempengaruhi permukaan batu, semakin besar luas permukaan batu, semakin besar pula pengaruh pelapukan. Organisme seperti jamur atau alga yang mungkin tumbuh di bebatuan dapat mendorong peningkatan pelapukan yang cepat dibandingkan dengan batuan yang tidak terpengaruh oleh organisme ini.