Η ύλη αποτελείται από μίγματα και καθαρές ουσίες. Οι καθαρές ουσίες, μπορεί να είναι  χημικές ενώσεις ή χημικά στοιχεία χαρακτηρίζονται από ορισμένες φυσικές σταθερές, χαρακτηριστικές για κάθε μία από αυτές, όπως το σημείο βρασμού και η πυκνότητα.

Οι χημικές ενώσεις σχηματίζονται από την ένωση δύο ή περισσότερων χημικών στοιχείων με σταθερή αναλογία μαζών για κάθε ένωση. Για τη διάσπαση μίας ένωσης δεν αρκούν οι φυσικές μέθοδοι, αλλά χρειάζονται χημικές μέθοδοι όπως η ηλεκτρόλυση με την οποία η χημική ένωση νερό διασπάται στα χημικά στοιχείς υδρογόνο και οξυγόνο.

Σε ένα φυσικό φαινόμενο μια ουσία αλλάζει φυσική κατάσταση ή διαλύεται μέσα σε ένα υγρό, αλλά οι ιδιότητες της δεν χάνονται και δεν δημιουργείται κάποια καινούρια ένωση. Αντίθετα, στα χημικά φαινόμενα όταν πραγματοποιείται μία χημική αντίδραση, οι ουσίες που αντιδρούν μετατρέπονται σε κάποια άλλη ένωση και προκύπτει ως προϊόν μια ή περισσότερες νέες χημικές ενώσεις που έχουν νέες ιδιότητες.

Στις χημικές αντιδράσεις η μάζα των προϊόντων είναι πάντα ίση με αυτή των αντιδρώντων. Μία αντίδραση για να πραγματοποιηθεί μπορεί να χρειάζεται θερμότητα, να είναι δηλαδή ενδόθερμη ή μπορεί να παράγει θερμότητα και να είναι εξώθερμη.

Ο Δημόκριτος στην αρχαιότητα υποστήριζε ότι η ύλη αποτελείται από πολύ μικρά σωματίδια τα οποία ονόμασε άτομα. Η θεωρία αυτή επιβεβαιώθηκε τον 19ο αιώνα από τον Ντάλτον και την ατομική θεωρία του. Σύμφωνα με αυτήν τα άτομα ενός στοιχείου δεν είναι ορατά με γυμνό μάτι, είναι άχρωμα και έχουν την ίδια μάζα, που είναι διαφορετική από αυτή ατόμων άλλων στοιχείων. Τα άτομα ενώνονται μεταξύ τους και σχηματίζουν ενώσεις, από τις οποίες αποτελούνται όλα όσα υπάρχουν γύρω μας.

Για να ξεχωρίζουν τα στοιχεία μεταξύ τους έχουν ένα όνομα, που έχει συνήθως ελληνική ή λατινική ρίζα, καθώς και ένα σύμβολο που αποτελείται από ένα κεφαλαίο γράμμα και συνήθως κάποιο μικρό. Κάθε σύμβολο αντιπροσωπεύει ένα μόνο στοιχείο. Καθώς τα άτομα είναι πολύ μικρά τα προσομοιώνουμε συχνά με μικρές σφαίρες με διαφορετικό μέγεθος και χρώμα για κάθε χημικό στοιχείο.

Με την πρόοδο της επιστήμης οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι το άτομο δεν αποτελεί το μικρότερο συστατικό της ύλης, καθώς αποτελείται και αυτό από μικρότερα σωματίδια, τα οποία ονόμασαν υποατομικά σωματίδια. Αυτά είναι τα πρωτόνια και τα νετρόνια, που βρίσκονται στο κέντρο του ατόμου και αποτελούν τον πυρήνα τού ατόμου, και τα ηλεκτρόνια τα οποία περιστρέφονται γύρω από αυτόν με τη μορφή νέφους.

Τα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικό φορτίο και τα πρωτόνια θετικό, ενώ τα νετρόνια δεν έχουν φορτίο. Τα άτομα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα και ο αριθμός των πρωτονίων σε κάθε άτομο είναι ίσος με αυτό των ηλεκτρονίων. Από τα ουδέτερα άτομα με πρόσληψη ή αποβολή ηλεκτρονίων προκύπτουν τα φορτισμένα άτομα που καλούνται ιόντα και συγκεκριμένα τα ανιόντα κατά την πρόσληψη ηλεκτρονίων και τα κατιόντα κατά την αποβολή ηλεκτρονίων. Ο ατομικός αριθμός συμβολίζει τον αριθμό των πρωτονίων και ο μαζικός το άθροισμα των πρωτονίων και των νετρονίων.

Τα άτομα δεν μπορούν να είναι ελεύθερα στη φύση και γι’ αυτό ενώνονται μεταξύ τους και σχηματίζουν τα μόρια. Αν ένα μόριο αποτελείται από το ίδιο στοιχείο, προκύπτει ένα μόριο του στοιχείου, ενώ αν αποτελείται από διαφορετικά στοιχεία έχουμε μια χημική ένωση. Κάποιες ενώσεις αποτελούνται από ιόντα, ενώ τα μέταλλα σχηματίζουν πλέγματα με μεταλλικούς δεσμούς.

Σε μία χημική ένωση το είδος και η αναλογία των ατόμων παραμένει πάντα σταθερό. Για τον συμβολισμό τους χρησιμοποιούνται οι χημικοί τύποι που περιγράφουν το είδος και τον αριθμό των ατόμων της ένωσης. Αντίστοιχα, για την αναπαράσταση τους χρησιμοποιούνται προσομοιώματα με σφαίρες που συμβολίζουν τα άτομα και πολλές φορές ράβδους που συνδέουν τα άτομα-σφαίρες.

Κατά την πραγματοποίηση μίας χημικής αντίδρασης αλλάζουν τα μόρια και οι ενώσεις που αντιδρούν και όχι τα άτομα από τα οποία αποτελούνται. Ο αριθμός και το είδος των ατόμων παραμένουν αμετάβλητα καθ' όλη τη διάρκεια της αντίδρασης. Επίσης, η μάζα των προϊόντων ισούται πάντα με τη μάζα των αντιδρώντων.

Όλα αυτά περιγράφονται από τη χημική εξίσωση της αντίδρασης, στην οποία φαίνονται ποια μόρια αντέδρασαν, τι προϊόντα παράχθηκαν, οι αναλογίες αυτών καθώς και η φυσική τους κατάσταση.