Γενικά ο χημικός χώρος (ή στα αγγλικά chemical space) μπορεί να θεωρηθεί ως το σύνολο όλων των πιθανών μορίων ή υλικών.  Ο «χημικός χώρος» αναφέρεται σε όλα τα χημικά είδη που σχετίζονται με τη χημεία. Η έννοια αυτή χρησιμοποιείται κυρίως στη φαρμακευτική χημεία, όπου περιγράφει το σύνολο των οργανικών μορίων (εκτιμώμενα >10⁶⁰ μόρια) που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την ανακάλυψη νέων φαρμάκων. Επίσης, περιλαμβάνει και τους χώρους ιδιοτήτων στους οποίους τοποθετούνται αυτά τα μόρια για την περιγραφή τους.

Τα οργανικά μόρια απαρτίζονται από ομάδες ατόμων άνθρακα, οξυγόνου, υδρογόνου, θείου, αζώτου, αλογόνων και άλλων στοιχείων που είναι συνδεδεμένα με ομοιοπολικό δεσμό. Κάθε μόριο αποτελείται από ένα συγκεκριμένο σύνολο ατόμων (στοιχειακό τύπο), το σχέδιο ομοιοπολικής συνδεσιμότητας (δυσδιάστατη δομή) και τις σχετικές θέσεις τους στον χώρο (δυσδιάστατη δομή που συμπεριλαμβάνει τη στερεοχημεία και τις διαμορφώσεις). Τα δομικά χαρακτηριστικά αυτά καθορίζουν τις βιολογικές και φυσικοχημικές ιδιότητες στο μόριο.

Το μέγεθος του χημικού χώρου, δηλαδή ο αριθμός των πιθανών χημικών ειδών που μπορούν να υπάρξουν δεν μπορεί να υπολογιστεί ακριβώς και αυτό αποτελεί ένα από τα θεμελιώδη προβλήματα στη χημεία. Βέβαια το ενδιαφέρον των επιστημόνων για το ζήτημα αυτό αυξήθηκε ραγδαία με την πρόοδο της φαρμακευτικής χημείας και την εφαρμογή της αυτοματοποιημένης συνδυαστικής σύνθεσης και του ελέγχου υψηλής απόδοσης (HTS). Εκτιμήσεις δείχνουν ότι ο χημικός χώρος των μορίων στον τομέα της φαρμακευτικής περιέχει τουλάχιστον 10⁶⁰ ενώσεις, ενώ άλλες μελέτες αναφέρουν ότι ο αριθμός αυτός κυμαίνεται μεταξύ 10²⁰-10²⁴ μόρια κατά το συνδυασμό γνωστών θραυσμάτων από μια εταιρική βάση δεδομένων.

Τέλος, το μέγεθος και η προσβασιμότητα του χημικού χώρου που υπάρχει μέχρι σήμερα, παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον. Πολλές μεγάλες συλλογές ενώσεων είναι ελεύθερης πρόσβασης στο Διαδίκτυο, ως βάσεις δεδομένων μικρών οργανικών μορίων. Κάποια παραδείγματα αυτών είναι η PubChem, η Chemspider, η ChemBank, η DrugΒank κ.ά.