Alle stoffen bestaan uit atomen. Atomen kunnen een chemische binding met elkaar aangaan tot grotere groepen.
Stoffen die bestaan uit atomen van één enkele soort of chemisch element noemt menenkelvoudige stoffen. Stoffen die bestaan uit meerdere atoomsoorten noemt mensamengestelde stoffen. De atomen bestaan uit een aantal protonen, neutronen en elektronen. Het totale aantal protonen is steeds gelijk aan het aantal elektronen. Hierdoor is een molecuul elektrisch neutraal. Atomen kunnen hun elektronen met elkaar delen en dit is de basis voor de chemische binding. Men kan in de manier waarop de elektronen gedeeld worden nog onderscheid maken. Wanneer de elektronen gelijkelijk tussen twee buuratomen gedeeld worden spreekt men van een covalente binding. Elektronen kunnen echter over meer dan twee atomen gedeeld worden. In metalen is er zelfs sprake van een een zee van elektronen verdeeld over alle atomen. De verdeling kan ook ongelijk zijn, waarbij er elektronen gedeeltelijk overgedragen worden van het ene naar het andere atoom. Men spreekt dan van een ionogene binding.
Wanneer substanties worden samengevoegd zonder dat de moleculaire structuur van de verschillende componenten daardoor verandert spreken we van een mengsel.
Een chemische verbinding kan tot stand komen door de inwerking van bijvoorbeeld een verhoogde temperatuur, licht, trilling, onder invloed vankatalysatoren, straling of druk. Soms is het eenvoudig de samenvoeging van reactanten waardoor een chemische reactie ontstaat. Bij een chemische reactie verandert de wijze waarop de verschillende atomen aan elkaar gebonden zijn. Reacties kunnen bijzonder langzaam verlopen (zoals het roesten van een auto) of juist bliksemsnel, zoals het ontploffen van dynamiet. Ook in het lichaam van levende wezens vindt voortdurend assimilatie (opbouw) en dissimilatie (afbraak) van verbindingen plaats. Gezamenlijk wordt dat de stofwisseling genoemd.
De afzonderlijke chemische elementen worden aangeduid met chemische symbolen, meestal de eerste letter of eerste twee letters van de Latijnse naam voor de stof. Voorbeeld: 'C' voor 'koolstof' (carbonum) en 'Fe' voor 'IJzer' (ferrum). Alle bekende elementen (iets meer dan 100), kunnen op een logische wijze worden gerangschikt door ze in het periodiek systeem te plaatsen. Ongeveer 90 elementen hiervan komen ook in de natuur voor; de overige zijn alleen in een laboratorium gemaakt, vallen meestal in fracties van seconden spontaan uiteen.
