Geokjemi er studiet av den kjemiske samansettinga til jorda og andre planetar, dei kjemiske prosessane og reaksjonane som styrer samansettinga av bergartar og jord, og syklusane til stoff og energi som transporterer dei kjemiske komponentane i jorda, samt samspelet deira med hydrosfæren og atmosfæren. Geokjemien høyrer inn under geologien.
Faget omfattar metodar og teknikkar som spenner frå statistiske studiar av til dømes den gjennomsnittleg samansettinga til mantelen, til praktisk bruk av elektronstråler for analyse av små mineralkorn. Innan eksperimentell geokjemi nyttar ein modellar for likevektsprosessar, men sidan prosessane i jorda kan skje over særs lang tid, er dei ikkje alltid enkle å rekne på.
Geokjemi er viktig innan leiting etter malm.
Dei viktigaste felta innan geokjemi er:
Den norske geologen Victor Goldschmidt var med på utviklinga av den moderne geokjemien og er i ettertida omtalt som «geokjemiens far», og ideane til faget vart utvikla av han i ei rekkje publikasjonar frå 1922 under tittelen Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente.