クロマチック(クロマティック)スケール、すなわち半音階も演奏できるように改良したタイプである。クロマチック・ハーモニカ (Chromatic Harmonica) には上下式とスライド式がある。

上下式クロマチックというのは日本で学校教育用に考案されたもので、吹き口が上下2段にわかれている。鍵盤の白鍵に当たる音が下段に、黒鍵に当たる音が上段に配置されているので演奏方法は簡単であるが、後述のように鍵盤ハーモニカに取って代られ、現在ではアンサンブル用など一部で使われるのみである。上下式クロマチックは別名シングル・クロマチック・ハーモニカ (Single Chromatic Harmonica) とも呼ばれる。一時期は学校教育の現場でも使用されたため、各種開発されたが、上下2段に穴があるためハーモニカに厚みがありすぎて、子供にとって非常に吹きにくいものであった。また、音階配列も各社で統一がなされなかったことも急速に衰退した理由の一つといえる。

スライド式クロマチックは、現在一般的に使われているクロマチック・ハーモニカで、どのモデルもほぼ同じ仕組みである。吹き口は一列であり、4穴で1オクターブの音が出せる。12穴3オクターブのものが主流であるが16穴4オクターブのモデルもよく使われる。吹き口は一つだが内部は上下2段にわかれていて、吹き口のすぐ後ろにある穴あき板によって片方が覆われる。側面のレバーを押すと板は横にスライドしてもう一方の穴が開放される。レバーを放せば板はばね仕掛けで元に戻る。つまりC調のハーモニカの場合CとC#のリードプレートが取りつけてあり、通常はCのリードが鳴り、レバーを押すとC#のリードが鳴る仕組みである。※(HOHNER SuperChrominica270)が有名。（ホーナーの歴史と共に歩んできたロングセラーモデル）

また、内部構造も複雑で、リードに空気を送るのを「バルブ」と呼ばれる薄い皮膜状の物で振り分けをしており、これが過度に濡れたりすると音質が変わったり、音が出なくなったりする。このバルブに不具合が生じやすい欠点があり、素人には使いにくい面がある。機構も複雑だが演奏家の技量も要求される機種なのでかなりの上級者向きのハーモニカと言える。

基本的にスライド式クロマチック・ハーモニカは単音のハーモニカであるが、2012年に鈴木楽器製作所の開発・発売により、世界初の複音スライドマチック式クロマチック・ハーモニカが世に出た。

クロマチック・ハーモニカの音配列ノーマル123456789101112
吹音CEGCCEGCCEGC
吸音DFABDFABDFAB
レバー押123456789101112
吹音C#E#G#C#C#E#G#C#C#E#G#C#
吸音D#F#A#B#D#F#A#B#D#F#A#D

※ B#とC、E#とFは実際には同じ音であるが吹音と吸音の違いがあり、曲によって使い分けたりする。
複音ハーモニカトレモロ・ハーモニカトレモロ・ハーモニカの音色ビブラートがかかっている。この音声や映像がうまく視聴できない場合は、Help:音声・動画の再生をご覧ください。

複音ハーモニカは、海外ではトレモロ・ハーモニカ (Tremolo Tuned Harmonica) と言われる。1音につき2枚のリードがありわずかにピッチをずらして調律してあるため微妙にビブラートがかかり豊かな響きを生む。テンホールズ・ダイアトニック・ハーモニカやクロマティック・ハーモニカと違って、一つの穴につきリードが1枚である。正面から見ると小さめの穴が上下2段に並んでいて、上下の穴を同時に吹いて（吸って）鳴らす。吹く音と吸う音は交互に並んでいる。

元来はドイツで開発された物で、後述の欧米式音配列(リヒター配列) が海外では主流であったが、後に日本で川口章吾が改良した日本式配列の複音ハーモニカがアジア一帯に広く普及した。また、東アジアの広域で、その地域の音楽になじんだ音色だったこともあり、日本式配列の複音ハーモニカはアジアで大発展した。

複音ハーモニカの音配列（欧米式音配列(リヒター配列)）普通の書体が吹音、斜体が吸音_1_2_3_4_5_6_7_8_91011121314151617181920
CDEGGBCDEFGACBEDGFCA
CDEGGBCDEFGACBEDGFCA

演奏も容易で日本では昔から人気があった。古い歌謡曲の歌本にはハーモニカ用の数字譜が付いているものも多かった。日本では穴の数を増やし低音部でもメロディが吹けるように工夫し、21穴や23穴3オクターブのものが主流であり、ハーモニカ・メーカーでも、主力品種のモデルには、長調短調24調子を揃えていることが多いし、売れ口のモデルには特注で「ナチュラル・マイナー・ハーモニカ」も用意されていることもある。特殊な例として、トンボ楽器製作所の製作した、日本民謡に対応したペンタトニック・モデル・ハーモニカなど限定的使用機種も開発されている。

複音ハーモニカの音配列（川口章吾考案の日本式24穴音配列）普通の書体が吹音、斜体が吸音_1_2_3_4_5_6_7_8_9101112131415161718192021222324
GDCFEAGBCDEFGACBEDGFCAEB
GDCFEAGBCDEFGACBEDGFCAEB

※ 21穴に低音部のG、高音部のE、bを追加してある。

21穴式　　24種類、配列紹介　　　(C) stephano

音階●○●○●○●○●○●○●○●○●○●○●
メジャー214365712345617325416
E♭.D#ファ
F#レ
D##ソ
G#ソ
Gド
C#ラ
A#レ
D#レ
D#ファ
Fソ
G#ソ
G##ラ
A#ド
C#レ
D#レ
Dソ
Gファ
F#ラ
A##ソ
G##レ
D#ド
C
Dミ
Eレ
Dソ
G#ファ
F#シ
Bラ
A#ド
C#レ
Dミ
E#ファ
F#ソ
Gラ
Aシ
Bレ
D#ド
C##ファ
F#ミ
Eラ
Aソ
Gレ
Dシ
B
D♭.C##レ
D##ド
C##ファ
F#ファ
F#ラ
A##ソ
G#ド
C#ド
C##レ
D#ファ
F#ファ
F##ソ
G##ラ
C##ド
C#ド
Cファ
F#レ
D##ソ
G##ファ
F##ド
C##ラ
A#
Cレ
Dド
Cファ
Fミ
Eラ
Aソ
Gシ
Bド
Cレ
Dミ
Eファ
Fソ
Gラ
Aド
Cシ
Bミ
Eレ
Dソ
Gファ
Fド
Cラ
A
B#ド
C#シ
Bミ
E#レ
D##ソ
G##ファ
F##ラ
A#シ
B#ド
C##レ
D#ミ
E#ファ
F##ソ
G#シ
B#ラ
A##レ
D##ド
C##ファ
F#ミ
Eシ
B#ソ
G#
B♭.A#ド
C#ラ
A##レ
D#レ
Dソ
Gファ
Fラ
C#ラ
C#ド
Cレ
D#レ
D#ファ
Fソ
G#ラ
A#ラ
Aレ
Dド
Cファ
F#レ
D##ラ
A#ソ
G
Aシ
Bラ
Aレ
D#ド
C##ファ
F#ミ
E#ソ
G#ラ
Aシ
B#ド
C#レ
Dミ
E#ファ
F#ラ
A#ソ
G##ド
F#シ
Bミ
Eレ
Dラ
A#ファ
F#
A♭.G##ラ
A##ソ
G##ド
C#ド
Cファ
F#レ
D#ソ
G#ソ
G##ラ
A#ド
C#ド
F##レ
D#ファ
F#ソ
G#ソ
Gド
C#ラ
A##レ
D##ド
C##ソ
G#ファ
F
Gラ
Aソ
Gド
Cシ
Bミ
Eレ
D#ファ
F#ソ
Gラ
Aシ
Bド
Cレ
Dミ
Eソ
G#ファ
F#シ
Bラ
Aレ
Dド
Cソ
Gミ
E
F##ソ
G##ファ
F#シ
B#ラ
A##レ
B##ド
C#ファ
F#ファ
F##ソ
G##ラ
A#シ
B#ド
C##レ
D##ファ
F#ファ
F#ラ
A##ソ
G##ド
C#シ
B#ファ
F#レ
D
Fソ
Gファ
F#ラ
A#ラ
Aレ
Dド
Cミ
Eファ
Fソ
Gラ
A#ラ
A#ド
Cレ
Dファ
Fミ
Eラ
Aソ
Gド
C#ラ
A#ファ
Fレ
D
E#ファ
F#ミ
Eラ
C#ソ
G##ド
C#シ
B#レ
D#ミ
E#ファ
F##ソ
G#ラ
Aシ
B#ド
C#ミ
E#レ
D##ソ
G##ファ
F#シ
Bラ
Aミ
E#ド
C#

音階●○●○●○●○●○●○●○●○●○●○●
マイナー762143#56712346#5173264
Em.D#mファ
F#レ
D##ソ
G##ファ
F#シ
B#ラ
G#レ
D#レ
D#ファ
F#ファ
F##ソ
G##ラ
A#シ
b#レ
D#レ
D#ファ
F#ファ
F#ラ
A##ソ
G##レ
D#シ
B
Dmミ
Eレ
Dソ
Gファ
F#ラ
A#ラ
A#ド
C#レ
Dミ
Eファ
Fソ
Gラ
A#ラ
A#レ
D#ド
C#ファ
Fミ
Eラ
Aソ
Gレ
D#ラ
A#
D♭m.C#m#レ
D##ド
C##ファ
F#ミ
Eラ
A#ソ
G#ド
C#ド
C##レ
D#ミ
E#ファ
F##ソ
G#ラ
A#ド
C#ド
Cミ
E#レ
D##ソ
G##ファ
F##ド
F#ラ
C
Cmレ
Dド
Cファ
F#;レ
D##ソ
G#ソ
Gシ
Bド
Cレ
D#レ
D#ファ
Fソ
G#ソ
G#ド
Cシ
B#レ
D#レ
Dソ
Gファ
Fド
Cレ
D
Bm#ド
C3シ
Bミ
Eレ
Dソ
G#ファ
F##ラ
A#シ
B#ド
C#レ
Dミ
E#ファ
F#ソ
Gシ
B#ラ
A#レ
D#ド
C##ファ
F#ミ
Eシ
Bソ
G
B♭m.A#mド
C#ラ
A##レ
D##ド
C##ファ
F#ファ
Fラ
A#ラ
A#ド
C#ド
C##レ
D#ファ
F#ファ
F##ラ
A#ラ
A#ド
C#ド
Cファ
F#レ
D##ラ
A##ファ
F#
Amシ
Bラ
Aレ
Dド
Cファ
Fミ
E#ソ
G#ラ
Aシ
Bド
Cレ
Dミ
Eファ
Fラ
C#ソ
G#ド
Cシ
Bミ
Eレ
Dラ
Aファ
F
A♭m.G#m#ラ
A##ソ
G##ド
C#シ
Bミ
E#レ
D#ソ
G#ソ
G##ラ
A#シ
B#ド
F##レ
D#ミ
E#ソ
G#ソ
Gシ
B#ラ
A##レ
D##ド
C##ソ
G#ミ
E
Gmラ
Aソ
Gド
A#ラ
A##レ
D#レ
D#ファ
F#ソ
Gラ
A#ラ
A#ド
Cレ
D#レ
D#ソ
G#ファ
F##ラ
A#ラ
Aレ
Dド
Cソ
G#レ
D#
F#m#ソ
G##ファ
F#シ
Bラ
Aレ
D#ド
C#ファ
F#ファ
F##ソ
G#ラ
Aシ
B#ド
C#レ
D#ファ
F#ファ
Fラ
A#ソ