物質は全て原子でできている、と想定し、これが化学結合によって幾つか結合すると分子を形成する、とする。原子や分子はまたイオンやラジカルという状態をとりうる。また、同じ物質でも、原子価によって性質は異なる。これらの性質には電子が大きく関与している。
原子や分子がある程度の量あつまると、特徴的な性質をもった集団を形成する。これを相といい、大きく分けて固体、液体、気体などがある。
物質は原子から構成されるが、その原子間の結び付きを化学結合と呼ぶ。化学結合には形式によって幾つかの分類があり、その種別により物性は大きく異なる。また、結合している原子同士については、結合距離の変化（振動）や、結合を軸とする回転といった揺らぎ運動をしているので、結合関係（立体配置）は変わらないものの、相対的位置関係（立体配座）は容易に変化する。
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複数の物質を混合したり、必要があれば加熱・冷却する事により異なる化合物ができる。これを化学反応と呼ぶ。化学反応は物質を構成する原子の間の化学結合の変化により起きる。化学反応の前後では全体の質量は変わらない。これを質量保存の法則（あるいは物質不変の法則）という。
炎は有機物の酸化反応によって放出される熱エネルギーの現れであるから、化学の歴史は人類が火を扱いはじめたときから始まっているとも考えられる。金あるいは銀以外の金属は、自然界には酸化物ないしは硫化物として産出するので、古代における青銅器・鉄器などの金属精錬も化学反応である還元反応を知らずと利用しているのである。