Ett kemikaliespill är en situation där en kemikalie oavsiktligt släpps ut. När det gäller giftfria kemikalier är det vanligtvis mycket enkelt att hantera ett spill, eftersom utsläppet helt enkelt behöver saneras. Utsläpp av giftiga kemikalier utgör dock ett allvarligare problem, särskilt i fallet med utsläpp av flera kemikalier som kan reagera med varandra. Många nationer har specifika lagar angående storskaliga kemikalieutsläpp som utsläpp av kemikalier från en skadad kemikalietanker.
Det finns ett antal saker som kan orsaka kemikaliespill. I ett laboratorium kan en tappad bägare, en felaktig utrustning eller ett dåligt hanterat paket med kemikalier potentiellt orsaka spill. I en större skala kan kemikalier spillas ut i tåg- och bilolyckor med kemikalietankfartyg, eller så kan de släppas ut av havsgående fartyg eller flygplan. Kemiska anläggningar kan också orsaka spill med ofullkomliga säkerhetsprocedurer, olyckor eller avsiktlig dumpning av kemikalier. De flesta regeringar behandlar storskaliga utsläpp som ansvaret för den person som orsakade dem, snarare än tillverkaren av kemikalien.
När ett kemikalieutsläpp inträffar är det första steget i svaret att bestämma vilken kemikalie som var inblandad, så att de som räddade vet hur farlig kemikalien är och vilken typ av försiktighetsåtgärder som måste användas runt den. Nästa steg är ett försök att neutralisera utsläppet så att det är säkert att arbeta med, samt att isolera personer som utsatts för utsläppet så att de kan saneras och utvärderas med avseende på medicinska problem. Efter att de omedelbara frågorna har åtgärdats kan de som svarar diskutera de långsiktiga konsekvenserna av utsläppet och sätt att hantera dem. Till exempel kan ett spill förorena en vattenväg, vilket kräver att man tillhandahåller vatten tills vattenvägen har rengjorts. När utsläppet har kontrollerats kan ett möte hållas för att diskutera vad som orsakade utsläppet och hur det kan förhindras i framtiden.
I vetenskapliga laboratorier finns det vanligtvis ett strikt protokoll för att hantera ett kemikalieutsläpp, vilket inkluderar att låsa in området så att kemikalien inte kan spridas. Många labb har dusch- och ögonspolningsstationer så att personer som exponeras för kemikalier snabbt kan ta bort dem från sina kroppar, och neutralisatorer kan hållas nära till hands för att kontrollera spridningen av kemikaliespill. I ett stort labb kan ett speciellt team kallas in för att hantera kemikalieutsläpp, medan i mindre labb är det en arbetsledare eller säkerhetsansvarig som leder saneringen.
Storskaliga kemikalieutsläpp kräver en mycket större reaktion, på grund av oro över risken för att kemikalierna släpps ut i miljön i stort. En kemikalieolycka eller ett spill kan potentiellt döda eller allvarligt skada hundratals eller tusentals människor och djur, samtidigt som jordbruksmark, byggnader och andra utrymmen skadas. Reaktioner på stora utsläpp inkluderar evakueringsplaner och användning av specialiserade saneringsteam, som ofta består av statligt anställda som är utbildade för att hantera utsläpp. Saneringsarbetet kan också bli extremt dyrt, vilket är när utredningen av orsaken till kemikalieutsläppet blir kritisk, eftersom regeringar inte vill sitta kvar med räkningen.