كل ما في الأمر عبارة عن مجموعة ضخمة من الجزيئات. الجزيئات عبارة عن اتحاد ذرتين أو أكثر ، وهي الوحدة الأساسية للمادة الفيزيائية. تُعطى الذرات وزنًا مختلفًا بناءً على عدد البروتونات والنيوترونات في النواة والإلكترونات في السحابة المحيطة. يمكن للقوة الكهرومغناطيسية نفسها التي تحافظ على ذرة واحدة معًا أن تجمع ذرتين أو أكثر معًا لتشكيل جزيء ، بينما تتحد العديد من الجزيئات معًا لتشكيل المادة.
تتكون الذرات ، اللبنات الأساسية للحياة ، من ثلاث جسيمات: النيوترونات والبروتونات والإلكترونات. توجد الغالبية العظمى من كتلة الذرة في النواة ، في مركز الذرة ، وتتكون من البروتونات والنيوترونات ، بينما تُغلف الإلكترونات المنطقة خارج النواة. البروتونات موجبة الشحنة بينما الإلكترونات سالبة الشحنة والنيوترونات متعادلة. يتم تحديد الوزن الذري للذرة من خلال عدد البروتونات والنيوترونات ، في حين أن عددها الذري يساوي فقط كمية البروتونات الموجودة. بينما قد تختلف الإلكترونات ، في حالة الأيونات ، التي فقدت أو اكتسبت إلكترونات ، والنيوترونات قد تكون كذلك غير موجود ، كما هو الحال في ذرات الهيدروجين التي لا تحتوي على نيوترونات ، فإن عدد البروتونات في الذرة لا يوجد أبدًا التغييرات. نظرًا لأنه قد يتم اكتساب الإلكترونات أو فقدها وقد لا يتم تضمين النيوترونات ، يتم تحديد العناصر بالعدد الذري ، لأن عدد البروتونات لا يتغير أبدًا. الجدول الدوري للعناصر هو مخطط يعرض جميع العناصر المعروفة الموجودة ، مرتبة جزئيًا حسب الرقم. أول وأبسط عنصر ، الهيدروجين ، ببروتون واحد وإلكترون واحد ، هو رقم ذري واحد ، بينما يتم عرض العناصر الأكبر ، مثل الراديوم بالرقم 88 ، بترتيب عددهم البروتونات.
الجزيئات عبارة عن مزيج من ذرة واحدة أو أكثر في مادة معينة. ولعل أشهر التركيبات هي الماء (H2O) وثاني أكسيد الكربون (CO2) والأكسجين (O2 ، والأكسجين بدقة أكبر). توضح الصيغة الكيميائية للجزيء (مثل H2O) الذرات المحددة في المادة بالإضافة إلى عدد كل عنصر موجود. في حالة الماء (H2O) توجد ذرتان هيدروجين وذرة أكسجين واحدة في كل جزيء من الماء. إذا فقد الجزيء إحدى هذه الذرات ، فسيتوقف المركب عن كونه ماء.
تتماسك الجزيئات معًا لأن الأجزاء الموجبة والسالبة من الذرة (البروتونات والإلكترونات على التوالي) تنجذب إلى بعضها البعض. تسمى هذه الروابط الكيميائية. كل جزيء له نهاية موجبة وسالبة ، مثل جوانب البطارية ، والتي تنضم إلى جزيئات أخرى لتكوين مادة معينة. في حالة الماء ، تنجذب ذرات الأكسجين موجبة الشحنة إلى ذرة الهيدروجين سالبة الشحنة ، مكونة رابطة هيدروجينية.
المركبات هي أي مزيج من أكثر من عنصر واحد ، مثل الهيدروجين والأكسجين (الماء) أو الصوديوم والكلور (الملح). بينما لا يوجد سوى 118 عنصرًا معروفًا ، فإن التركيبة المحددة وتسلسل الذرات تخلق قدرًا لا حصر له من الاحتمالات. على سبيل المثال ، مركب الإيثانول الكيميائي ، الذي يشار إليه عادة باسم الكحول ، له صيغة كيميائية C2H5OH. بينما توجد ست ذرات هيدروجين ، يرتبط الهيدروجين النهائي بذرة الأكسجين. إنها في الواقع رابطة ذرة كربون لمجموعة الهيدروكسيل (OH) التي تميز أي مركب عضوي على أنه كحول ولكن ليس على وجه التحديد كإيثانول.
على الرغم من أن بعض المواد قد تتكون من عنصر واحد فقط ، إلا أن كمية هذا العنصر تميز أيضًا المواد المختلفة. الأكسجين الذي يحتاجه البشر والحيوانات الأخرى هو مزيج من ذرتين من الأكسجين (O2) ؛ ومع ذلك ، فإن ثلاث ذرات أكسجين (O3) تخلق مادة الأوزون ، والتي تعد جزءًا أساسيًا من الغلاف الجوي للأرض ولكن يمكن أن تكون سامة للحياة العضوية.