Proses pencalonan dan pemilihan pemenang Hadiah Nobel mengambil masa yang lama dan banyak memerlukan penelitian berbanding hadiah-hadiah lain, oleh yang demikian Hadiah Nobel menjadi hadiah terpenting dalam bidang kimia.

Pemenang Hadiah Nobel dalam Kimia dipilih oleh sebuah jawatankuasa yang terdiri dari lima orang ahli yang dilantik oleh Akademi Sains Diraja Sweden. Pada peringkat awal, beberapa ribu orang diminta menamakan calon. Nama-nama yang dicalonkan ini diteliti dan dibincangkan oleh para pakar sehingga hanya pemenangnya yang tinggal. Proses yang perlahan dan menyeluruh inilah yang menaikkan kepentingan hadiah ini.

Borang-borang yang berbentuk jemputan peribadi dan eksklusif dihantar ke hampir 3,000 individu terpilih untuk menjemput mereka agar menghantar pencalonan. Nama calon-calon tidak diumumkan serta-merta, dan calon-calon tersebut juga tidak dimaklumkan pencalonan mereka. Rekod-rekod pencalonan disimpan selama 50 tahun.

Setelah pencalonan dipantau oleh jawatankuasa, senarai kira-kira 200 calon dihasilkan lalu dihantar kepada pakar-pakar terpilih dalam bidang ini untuk dikurangkan kepada 15 orang calon. Jawatankuasa menghantar laporan cadangan kepada institusi yang berkenaan.

Walaupun pencalonan anumerta (selepas meninggal dunia) tidak dibenarkan, namun seseorang yang mati dalam tempoh antara pencalonan dan keputusan jawatankuasa penghadiahan masih dibenarkan.

Anugerah dalam bidang kimia ini menekankan pentingnya pencapaian itu "bertahan lama", iaitu sela masa antara penemuan dan penganugerahan biasanya 20 tahun atau lebih lama lagi. Malangnya, bukan semua saintis boleh hidup cukup lama untuk menikmati pengiktirafan Nobel untuk pencapaian mereka, maka adanya penemuan sains yang tidak dapat dipertimbangkan untuk Hadiah Nobel gara-gara tokoh-tokohnya sudah meninggal dunia sebelum kesan usaha-usaha mereka direalisasikan. Contohnya, sumbangan Rosalind Franklin kepada penemuan struktur DNA, iaitu kristalografi sinar-xnya memaparkan bentuk heliks DNA, tetapi tidak direalisasikan selepas kematiannya, maka cuma tinggal Watson, Crick, dan Wilkins sebagai penerima hadiahnya.