Xói mòn hóa học xảy ra khi nước vận chuyển các khoáng chất hòa tan ra khỏi đá nguồn của chúng. Nó xảy ra sau quá trình phong hóa hóa học, là kết quả của sự biến đổi hóa học của đá bởi nước. Xói mòn hóa học phổ biến nhất với đá vôi; nước mưa có tính axit nhẹ hòa tan canxi cacbonat trong đá và lắng đọng lại, đôi khi ở rất xa, như trong măng đá và nhũ đá. Thông qua quá trình oxy hóa, xói mòn hóa học cũng xảy ra ở một mức độ nào đó với các khoáng chất đá lửa không ổn định và đá giàu sắt.
Phong hóa hóa học thuộc ba loại chính. Quá trình phân giải diễn ra với đá vôi và nổi tiếng là nguyên nhân dẫn đến các hang động đá vôi. Trong quá trình oxy hóa, bề mặt của đá giàu sắt bị oxy hóa khi có nước, làm thay đổi bề mặt và làm cho nó trở nên hồng hào. Quá trình thủy phân xảy ra khi một số khoáng chất silicat, chẳng hạn như fenspat, bị biến đổi về mặt hóa học thành đất sét, thạch anh và các hợp chất cơ bản trong dung dịch. Quá trình hòa tan và thủy phân dễ xảy ra hơn quá trình oxy hóa gây xói mòn.
Nước chảy gây xói mòn hóa học cũng có thể gây xói mòn vật lý ở các loại đá giống nhau. Mưa tự nhiên có tính axit nhẹ, vì nước hòa tan carbon dioxide trong khí quyển để tạo ra axit cacbonic. Quá trình xói mòn trở nên trầm trọng hơn do mưa axit, dẫn đến khi lưu huỳnh và các hợp chất khác trong khí quyển kết hợp với nước để tạo thành axit mạnh hơn.
