Toute la matière est une collection massive de molécules. Les molécules sont un assemblage de deux atomes ou plus, qui sont l'unité la plus fondamentale de la matière physique. Les atomes reçoivent un poids différent en fonction du nombre de protons et de neutrons dans le noyau et d'électrons dans le nuage environnant. La même force électromagnétique qui maintient un seul atome ensemble peut également maintenir ensemble deux atomes ou plus pour former une molécule, tandis que de nombreuses molécules se réunissent pour former de la matière.
Les atomes, les éléments constitutifs de base de la vie, sont constitués de trois particules: les neutrons, les protons et les électrons. La grande majorité de la masse de l'atome se trouve dans le noyau, au centre de l'atome, constitué de protons et de neutrons, tandis que les électrons obscurcissent la zone à l'extérieur du noyau. Les protons sont chargés positivement tandis que les électrons sont chargés négativement et les neutrons sont neutres. Le poids atomique d'un atome est déterminé par le nombre de protons et de neutrons, tandis que son numéro atomique n'est égal qu'à la quantité de protons présents. Alors que les électrons peuvent différer, dans le cas des ions, qui ont des électrons perdus ou gagnés, et les neutrons peuvent pas être présent, comme dans les atomes d'hydrogène qui n'ont pas de neutrons, le nombre de protons dans un atome n'a jamais changements. Étant donné que les électrons peuvent être gagnés ou perdus et que les neutrons peuvent ne pas être inclus, les éléments sont identifiés par leur numéro atomique, car le nombre de protons ne change jamais. Le tableau périodique des éléments est un tableau affichant tous les éléments connus pour exister, partiellement classés par numéro. Le premier et le plus simple élément, l'hydrogène, avec un seul proton et un seul électron, est de numéro atomique un, tandis que les éléments plus gros, comme le radium au numéro 88, sont affichés dans l'ordre de leur nombre de protons.
Les molécules sont la combinaison d'un ou plusieurs atomes dans une substance spécifique. Les combinaisons les plus connues sont peut-être l'eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2) et l'oxygène (O2, plus précisément le dioxygène). La formule chimique d'une molécule (telle que H2O) montre les atomes spécifiques de la substance ainsi que le nombre de chaque élément trouvé. Dans le cas de l'eau (H2O), il y a deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène dans chaque molécule d'eau. Si la molécule perdait un de ces atomes, le composé cesserait d'être de l'eau.
Les molécules sont maintenues ensemble parce que les parties positives et négatives de l'atome (respectivement les protons et les électrons) sont attirées l'une vers l'autre. Celles-ci sont appelées liaisons chimiques. Chaque molécule a une extrémité positive et négative, comme les côtés d'une batterie, qui se joignent à d'autres molécules pour créer la substance particulière. Dans le cas de l'eau, les atomes d'oxygène chargés positivement sont attirés par l'atome d'hydrogène chargé négativement, formant une liaison hydrogène.
Les composés sont toute combinaison de plusieurs éléments, tels que l'hydrogène et l'oxygène (eau) ou le sodium et le chlore (sel). Bien qu'il n'y ait que 118 éléments connus, la combinaison et la séquence spécifiques des atomes créent une quantité infinie de possibilités. Par exemple, l'éthanol composé chimique, communément appelé alcool, a une formule chimique de C2H5OH. Bien qu'il y ait six atomes d'hydrogène présents, l'hydrogène final est lié à l'atome d'oxygène. C'est en fait la liaison d'un atome de carbone au groupe hydroxyle (OH) qui distingue tout composé organique de l'alcool, mais pas spécifiquement de l'éthanol.
Bien que certaines substances puissent être constituées d'un seul élément, la quantité de cet élément distingue également différentes substances. L'oxygène dont les humains et les autres animaux ont besoin est la combinaison de deux atomes d'oxygène (O2); cependant, trois atomes d'oxygène (O3) créent la substance ozone, qui est une partie essentielle de l'atmosphère terrestre mais peut être toxique pour la vie organique.