सभी पदार्थ अणुओं का एक विशाल संग्रह है। अणु दो और परमाणुओं का जोड़ है, जो भौतिक पदार्थ की सबसे बुनियादी इकाई है। नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन और आसपास के बादल में इलेक्ट्रॉनों की संख्या के आधार पर परमाणुओं को एक अलग भार दिया जाता है। वही विद्युत चुम्बकीय बल जो एक परमाणु को एक साथ रखता है, एक अणु बनाने के लिए दो या दो से अधिक परमाणुओं को एक साथ पकड़ सकता है, जबकि कई अणु मिलकर पदार्थ बनाते हैं।
परमाणु, जीवन के बुनियादी भवन खंड, तीन कणों से मिलकर बने होते हैं: न्यूट्रॉन, प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन। परमाणु के द्रव्यमान का अधिकांश भाग नाभिक में, परमाणु के केंद्र में, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना होता है, जबकि इलेक्ट्रॉन नाभिक के बाहर के क्षेत्र को मेघ करते हैं। प्रोटॉन धनात्मक रूप से आवेशित होते हैं जबकि इलेक्ट्रॉन ऋणात्मक रूप से आवेशित होते हैं और न्यूट्रॉन तटस्थ होते हैं। एक परमाणु का परमाणु भार प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या से निर्धारित होता है, जबकि इसकी परमाणु संख्या केवल मौजूद प्रोटॉन की मात्रा के बराबर होती है। जबकि इलेक्ट्रॉन भिन्न हो सकते हैं, आयनों के मामले में, जिनमें इलेक्ट्रॉन खो गए हैं या प्राप्त हुए हैं, और न्यूट्रॉन हो सकते हैं उपस्थित न हों, जैसे हाइड्रोजन परमाणुओं में जिनमें न्यूट्रॉन नहीं होते हैं, एक परमाणु में प्रोटॉन की संख्या कभी नहीं होती है परिवर्तन। चूंकि इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त या खोया जा सकता है और न्यूट्रॉन को शामिल नहीं किया जा सकता है, तत्वों की पहचान परमाणु संख्या द्वारा की जाती है, क्योंकि प्रोटॉन की संख्या कभी नहीं बदलती है। तत्वों की आवर्त सारणी एक चार्ट है जो सभी ज्ञात तत्वों को अस्तित्व में प्रदर्शित करता है, आंशिक रूप से संख्या द्वारा व्यवस्थित किया जाता है। पहला और सरल तत्व हाइड्रोजन, केवल एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन के साथ, परमाणु क्रमांक एक है, जबकि 88 नंबर पर रेडियम जैसे बड़े तत्वों को उनकी संख्या के क्रम में प्रदर्शित किया जाता है प्रोटॉन
अणु एक विशिष्ट पदार्थ में एक या एक से अधिक परमाणुओं के संयोजन होते हैं। शायद सबसे प्रसिद्ध संयोजन पानी (H2O), कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) और ऑक्सीजन (O2, अधिक सटीक रूप से डाइअॉॉक्सिन) हैं। एक अणु का रासायनिक सूत्र (जैसे H2O) पदार्थ में विशिष्ट परमाणुओं के साथ-साथ प्रत्येक तत्व में से कितने पाए जाते हैं, यह दर्शाता है। पानी (H2O) के मामले में पानी के प्रत्येक अणु में दो हाइड्रोजन परमाणु और एक ऑक्सीजन परमाणु होते हैं। यदि अणु इन परमाणुओं में से एक को खो देता है, तो यौगिक पानी नहीं रह जाएगा।
अणु एक साथ बंधे रहते हैं क्योंकि परमाणु के धनात्मक और ऋणात्मक भाग (क्रमशः प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन) एक दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं। इन्हें रासायनिक बंध कहते हैं। प्रत्येक अणु का एक सकारात्मक और नकारात्मक अंत होता है, जैसे बैटरी के किनारे, जो विशेष पदार्थ बनाने के लिए अन्य अणुओं के साथ जुड़ते हैं। पानी के मामले में, धनात्मक रूप से आवेशित ऑक्सीजन परमाणु ऋणात्मक रूप से आवेशित हाइड्रोजन परमाणु की ओर आकर्षित होते हैं, जिससे हाइड्रोजन बंध बनता है।
यौगिक एक से अधिक तत्वों का कोई भी संयोजन होता है, जैसे हाइड्रोजन और ऑक्सीजन (पानी) या सोडियम और क्लोरीन (नमक)। जबकि केवल 118 ज्ञात तत्व हैं, परमाणुओं का विशिष्ट संयोजन और अनुक्रम अनंत संभावनाएं पैदा करता है। उदाहरण के लिए, रासायनिक यौगिक इथेनॉल, जिसे आमतौर पर अल्कोहल कहा जाता है, का रासायनिक सूत्र C2H5OH होता है। जबकि छह हाइड्रोजन परमाणु मौजूद हैं, अंतिम हाइड्रोजन ऑक्सीजन परमाणु से बंधा हुआ है। यह वास्तव में हाइड्रॉक्सिल (OH) समूह के लिए एक कार्बन परमाणु का बंधन है जो किसी भी कार्बनिक यौगिक को अल्कोहल के रूप में अलग करता है, लेकिन विशेष रूप से इथेनॉल के रूप में नहीं।
हालांकि कुछ पदार्थों में केवल एक ही तत्व हो सकता है, उस तत्व की मात्रा भी विभिन्न पदार्थों को अलग करती है। मनुष्य और अन्य जानवरों को जिस ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है, वह दो ऑक्सीजन परमाणुओं (O2) का संयोजन है; हालाँकि, तीन ऑक्सीजन परमाणु (O3) पदार्थ ओजोन बनाते हैं, जो पृथ्वी के वायुमंडल का एक अनिवार्य हिस्सा है, लेकिन जैविक जीवन के लिए विषाक्त हो सकता है।