所谓化学战，是指当时太平军利用烟雾、石灰末、毒剂、燃烧材料等，并借助地形和风势天气条件，刺激和伤害敌方人员视觉、呼吸、消化器官或神经系统，使其降低和丧失战斗力的一种战术手段，以此来达到自己出奇制胜的作战目的。中国古代军事史上曾广泛应用这种战术手段，太平军也利用了这一战术，在太平天国北方战场的战斗中发挥出一定明显效果。
一、北伐军进行的烟幕战
烟幕战是初始的一种化学战，指通过施放烟雾阻碍敌军的视线，使其丧失正常的判断，从而掩护进攻或实施其它目的的一种战术手段。贼能放青烟以迷人，相去甚远，可以忽至人前”。例如，太平军进攻沧州时，便利用此战术在短时间内冲溃了敌人的防御，“贼众麇至，骤放黑烟，抛砂石于烟中。我军虑其有妖术，团勇惊溃，贼猝乘之，旗兵大败，死伤殆尽”。
烟幕战可以使敌军各部之间失去联络，致使乱了阵脚，丧失有效的防守，从而为军事进攻行动赢得时间。“贼点狼烟为迷阵，其后队麇至”，正好说明了这一点。太平军不仅在进攻中使用这种战术，更多的是在防守中有效地阻止了敌军的进攻速度，最终瓦解其攻势。太平军在深州休整期间，面对清军的包围进势，“该逆连放大炮，并抛灰瓶等物，势不能进”。进行烟幕战的关键目的在于迷目，使敌人看不到目标才能停止进攻，才能掩护太平军向确定的目标发起攻击。正如一位太平军所说：“将官兵眼目迷了，我们乘间攻杀”。
太平军制造烟幕战的工具多种多样，“瓦瓶”、“竹筒”、“喷筒”、风车、簸箕等。工具的数量也较多，否则难以达到预期效果。被俘人员在《供词》里曾交待说，“我见贼匪多人俱各手拿瓦瓶，瓶内往外出烟”。制造烟幕的材料是能产生大量烟雾效果的可燃物，或不需燃烧的石灰粉末。使策划的烟幕战获得成功，还需要具备一些自然条件，即掌握天气状况和风向影响等客观因素。当处在上风头时，借助风力就非常容易使其战术产生效果，“该逆在上风，暗用石灰末於木城内扬簸，我兵势不能进。……睢追扑东南之兵因风沙过大，兼以该逆灰末迷目，又因陷入冰坑，致有损伤，实堪愤恨”。
这说明烟幕的战术受到天气因素制约，如不具备条件，冒然实施则会玩火自焚。当时天气预测技术水平较低，所以太平军运用这种战术决非是提前几天制定出计划，届时一定就可以实施，实际上往往是提前准备好烟雾器材，拟出备用方案，见自然条件适宜才临时决定使用这种战术。因此它是一种辅助性战法，而不是象诸葛亮火烧赤壁那样将其作为核心战术。
二、北伐军对毒剂的使用
在与清军交战中，太平军的烟幕战手段发挥了明显的效果，为了更有效地杀伤敌人，太平军在制造烟雾的材料中加入有毒的化学成分，使烟幕战不仅仅停留在阻碍敌军视力的能见度上，从而使它真正有了“化学武器”的意义。比如，太平军在北伐前就能做出“有青烟酸入人鼻，不可耐”的毒烟药，太平军运用“化学战”在张德坚的《贼情汇纂》里有明确记载：“贼亦有毒烟药，战稍却，即放毒烟，使人昏闷致溃败，贼或转败为胜。初到立营，亦遍燃毒火於长围外。此方以黑砒石，黄漆叶，人类为最毒”。
太平军在北方战场也运用了这种战术和特殊的化学武器，战时顺风散之，下风头的敌军吸入口鼻，便会发生中毒症状。北伐军的被俘人员在《供词》里曾交待：上级“给我朦汗药，叫我们打仗时顺风用竹筒喷往官兵队内，官兵闻药昏速，我们乘势攻杀”。由于太平军使用毒剂的烟雾可以让敌人的中毒者丧失战斗力，清军为防范太平军的化学战术带来的后果发生，也采取了一些预防措施，“如无解药，预於出战前，以醋洗面则不受毒，或以甘草泡醋蘸棉絮塞鼻亦能解”。太平军进攻天津时，使用了“化学武器”，当地团练头目听说后曾给清军送去大蒜解毒，“又闻贼洒妖药迷人，复送去大蒜二石，令兵勇塞鼻，以解其毒”。
除在战场使用化学战外，太平军还在敌后暗中下毒药，搅乱敌军人心，制造恐慌，企望发挥釜底抽薪之效。譬如，太平军王沛山“到天津独流、静海等处，马付沅给了我断肠散一包，叫我洒在静海县城内井里，不知毒死多少人数”。同时，还派人深入北京城，往吃水的井中下药，“给我朦汗药，再来京往各处井内抛洒”。太平军不止一次派人赴京洒药，即便在处境己困难的退守阜城期间，仍然坚持以此种方式和战术来骚扰敌后，“四月不记日子，在阜城县营内马付沅给了我红马一匹，断肠散一大包，约有十斤余，银子三两，叫我来京在各处井内洒药，我应允。叫我先来，说定随后打发贼匪多人来京洒药”。太平军使用毒剂作武器攻击敌人，同样也受到敌方毒剂武器的攻击。如清军也运用了一些含有毒剂性烟雾来对付太平军，妄图借用毒药在太平军营内发挥危害作用，“暗扑贼垒，用炸炮、竹炮、喷筒、火箭、毒药一齐抛入贼垒，兵勇随进随攻”。
太平军驻地的饮水井也曾是被化学毒剂污染的重要目标之一，围攻怀庆时，城内敌军“夜间缒人下城，与贼井内抛白砒，谁知白砒见冷水即解，贼若不知。第二晚，又抛生半夏。次日，贼喉项皆肿，遂棚（搭）板井上，着人严守。”清军发现不少群众暗中卖粮给太平军，又断绝不了，顿生毒计，在山西“又示令民卖米面于贼者下毒药其中”。可见，作战双方都很在意使用“化学武器”。
从黄帝与蚩尤涿鹿之战中蚩尤作大雾（即施放烟雾），到两伊战争中使用沙林毒剂，在古今中外的战争中化学战时常被使用，而且一直受到了重视。随着军事科学的发展，化学战发挥的威力将愈来愈巨大。太平天国北方战场的化学战虽然还属古代传统型的化学战，与现代制式毒剂有着较大的差距，但是，太平军因陋就简、就地取材的化学战战术，对后人还是有一定的启发作用。