A poluição plástica é um grande desafio ambiental enfrentado pela humanidade atualmente. Grandes quantidades de resíduos plásticos podem entrar nos ambientes aquáticos por diversas vias, envelhecendo e se degradando em microplásticos (MPs) com tamanho inferior a 5 mm. Os MPs estão amplamente distribuídos na água e representam uma ameaça potencial aos ecossistemas e à saúde humana. Portanto, o desenvolvimento de métodos analíticos eficazes para identificar e detectar MPs é crucial. Os métodos atuais de identificação de MPs incluem o método visual, espectroscópico e a imagem química, cada um com suas vantagens, mas geralmente apresentam limitações como alto tempo de processamento, custo elevado e forte subjetividade, o que limita o desenvolvimento tecnológico. As técnicas emergentes de quimiometria podem processar e analisar automaticamente grandes volumes de dados com eficiência, fornecendo novas ferramentas para a identificação de MPs. Pesquisas mostram que a combinação dos métodos tradicionais com a quimiometria pode aumentar a precisão da identificação de 60% para 98% e permitir a automação da análise de dados, aumentando significativamente a eficiência e a precisão. Além disso, o desenvolvimento de tecnologias de detecção in situ ajuda a reduzir os custos de amostragem, possibilitando o monitoramento frequente e de longo prazo dos MPs. Este artigo revisa os métodos atuais de identificação de MPs na água e suas limitações, apresenta o fluxo de trabalho da quimiometria e discute suas aplicações atuais e os avanços recentes na identificação de MPs, destacando seu papel chave no processamento de dados, otimização técnica e análises qualitativas e quantitativas. Por fim, aponta as limitações atuais da quimiometria e oferece sugestões e perspectivas para seu desenvolvimento futuro.