Une chimiothèque est une banque de données de molécules. Les chimiothèques peuvent contenir de plusieurs dizaines à plusieurs millions de composés chimiques.

Selon leur contenu (chémotype, châssis moléculaire, diversité, série chimique, etc.), leur mode de stockage et leur provenance, il est possible de classer les chimiothèques en différentes catégories. On distingue, par exemple:
Les chimiothèques sont dites combinatoires lorsqu’elles sont issues de la synthèse combinatoire in silico ou non.
Exemples :
De nos jours, la plupart des chimiothèques sont élaborées de manière rationnelle pour répondre à une problématique précise. Par exemple, dans le domaine de la recherche de médicaments, une chimiothèque diversifiée et enrichie en composés potentiellement bio-actifs, suivant les règles de Lipinski (en) et ayant des propriétés ADMET acceptables, est préférable, pour éviter des tests inutiles et des risques ultérieurs, à une chimiothèque de composés pris aléatoirement (incluant des produits toxiques ou qui seraient directement éliminés par l’organisme).
La Chimiothèque Nationale (CN) a depuis , pour mission principale de regrouper les collections de produits de synthèse, de composés naturels et d’extraits naturels existants dans les laboratoires publics français et d’en promouvoir la valorisation scientifique et industrielle. Philippe Jauffret est le directeur de l'Unité de gestion de la chimiothèque nationale (UGCN).