Não é possível distinguir entre o usuário clicar no CLOSE do navegador, quando ele fecha a aba ou quando ele sai do seu site através de um link, mas, felizmente, é possível detectar quando um destes eventos acontecem, e é através dos eventos onunload e onbeforeunload.
onunload: executado em concorrência com o fechamento do browser. Pode ser ruim em navegadores como o IE, pois algumas vezes ele simplesmente ignora o javascript que você quiser executar ao mesmo tempo.
onbeforeunload (recomendado): executado antes do browser iniciar seu fechamento. É mais recomendado pois o seu JS pode ser executado antes, e evita alguns problemas com IE.
Recomendo o uso com jQuery, pois você já trata possíveis diferenças entre os browsers:
http://api.jquery.com/unload/