Celá hmota je obrovská sbírka molekul. Molekuly jsou spojením dvou nebo více atomů, které jsou nejzákladnější jednotkou fyzikální hmoty. Atomům je přidělena různá váha na základě počtu protonů a neutronů v jádru a elektronů v okolním mraku. Stejná elektromagnetická síla, která udržuje jeden atom pohromadě, může také držet dva nebo více atomů pohromadě, aby vytvořila molekulu, zatímco mnoho molekul se spojí a vytvoří hmotu.
Atomy, základní stavební bloky života, se skládají ze tří částic: neutronů, protonů a elektronů. Drtivá většina hmotnosti atomu se nachází v jádru, ve středu atomu, který se skládá z protonů a neutronů, zatímco elektrony zakrývají oblast mimo jádro. Protony jsou kladně nabité, zatímco elektrony jsou záporně nabité a neutrony neutrální. Atomová hmotnost atomu je dána počtem protonů a neutronů, zatímco jeho atomové číslo se rovná pouze množství přítomných protonů. Zatímco elektrony se mohou lišit, v případě iontů, které mají elektrony ztracené nebo získané, a neutrony se mohou lišit nemusí být přítomen, jako u atomů vodíku, které nemají neutrony, počet protonů v atomu nikdy Změny. Protože elektrony mohou být získány nebo ztraceny a neutrony nemusí být zahrnuty, prvky jsou identifikovány atomovým číslem, protože počet protonů se nikdy nemění. Periodická tabulka prvků je graf zobrazující všechny známé prvky, které existují, částečně uspořádané podle čísel. První a nejjednodušší prvek, vodík, pouze s jedním protonem a jedním elektronem, je atomové číslo jedna, zatímco větší prvky, například radium na čísle 88, se zobrazují v pořadí podle jejich počtu protony.
Molekuly jsou kombinací jednoho nebo více atomů do určité látky. Snad nejznámějšími kombinacemi jsou voda (H2O), oxid uhličitý (CO2) a kyslík (O2, přesněji dioxygen). Chemický vzorec molekuly (například H2O) ukazuje konkrétní atomy v látce a také to, kolik z každého prvku je nalezeno. V případě vody (H2O) jsou v každé molekule vody dva atomy vodíku a jeden atom kyslíku. Pokud by molekula ztratila jeden z těchto atomů, sloučenina by přestala být vodou.
Molekuly jsou drženy pohromadě, protože kladné a záporné části atomu (protony a elektrony) jsou navzájem přitahovány. Říká se jim chemické vazby. Každá molekula má pozitivní a negativní konec, jako jsou strany baterie, které se spojují s jinými molekulami a vytvářejí konkrétní látku. V případě vody jsou kladně nabité atomy kyslíku přitahovány k záporně nabitému atomu vodíku a tvoří vodíkovou vazbu.
Sloučeniny jsou jakékoli kombinace více než jednoho prvku, jako je vodík a kyslík (voda) nebo sodík a chlor (sůl). I když existuje pouze 118 známých prvků, konkrétní kombinace a posloupnost atomů vytváří nekonečné množství možností. Například chemická sloučenina ethanol, běžně označovaná jako alkohol, má chemický vzorec C2H5OH. I když je přítomno šest atomů vodíku, konečný vodík je navázán na atom kyslíku. Ve skutečnosti je to vazba atomu uhlíku na hydroxylovou (OH) skupinu, která odlišuje jakoukoli organickou sloučeninu od alkoholu, ale ne konkrétně od ethanolu.
Ačkoli některé látky mohou sestávat pouze z jednoho prvku, množství tohoto prvku také odlišuje různé látky. Kyslík, který lidé a jiná zvířata vyžadují, je kombinace dvou atomů kyslíku (O2); tři atomy kyslíku (O3) však vytvářejí látku ozon, která je podstatnou součástí zemské atmosféry, ale může být toxická pro organický život.