ყველა ნივთიერება არის მოლეკულების მასიური კოლექცია. მოლეკულები კიდევ ორი ატომის შეერთებაა, რომლებიც ფიზიკური მატერიის ყველაზე ძირითადი ერთეულია. ატომებს ეძლევათ განსხვავებული წონა, ბირთვში პროტონებისა და ნეიტრონების რაოდენობის მიხედვით და მიმდებარე ღრუბელში არსებული ელექტრონები. იგივე ელექტრომაგნიტური ძალა, რომელიც ინახავს ერთ ატომს ერთად, ასევე შეუძლია ორი ან მეტი ატომის ერთად შეკავება და შექმნას მოლეკულა, ხოლო მრავალი მოლეკულა უერთდება ერთმანეთს და ქმნის მატერიას.
ატომები, სიცოცხლის ძირითადი სამშენებლო ბლოკები, შედგება სამი ნაწილაკისგან: ნეიტრონები, პროტონები და ელექტრონები. ატომის მასის აბსოლუტური უმრავლესობა გვხვდება ბირთვში, ატომის ცენტრში, რომელიც შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან, ხოლო ელექტრონები ღრუბლის გარედან ღრუბელს არევენ. პროტონები დადებითად არიან დამუხტული, ხოლო ელექტრონები უარყოფითად და ნეიტრონები ნეიტრალური. ატომის ატომური წონა განისაზღვრება პროტონებისა და ნეიტრონების რაოდენობით, ხოლო მისი ატომური რიცხვი მხოლოდ არსებული პროტონის რაოდენობის ტოლია. მიუხედავად იმისა, რომ ელექტრონები შეიძლება განსხვავდებოდეს, იონების შემთხვევაში, რომლებმაც დაკარგეს ან მოიპოვეს ელექტრონები, შესაძლოა ნეიტრონებმა არ უნდა არსებობდეს, როგორც წყალბადის ატომებში, რომელთაც ნეიტრონები არ აქვთ, ატომში პროტონის რაოდენობა არასოდეს ხდება ცვლილებები. ვინაიდან შესაძლებელია ელექტრონების მოპოვება ან დაკარგვა და ნეიტრონების ჩართვა არ შეიძლება, ელემენტები იდენტიფიცირდება ატომური რიცხვით, რადგან პროტონის რაოდენობა არასოდეს იცვლება. ელემენტების პერიოდული ცხრილი არის დიაგრამა, რომელიც აჩვენებს ყველა ცნობილ ელემენტს, ნაწილობრივ განლაგებული რიცხვის მიხედვით. პირველი და მარტივი ელემენტი, წყალბადის, მხოლოდ ერთი პროტონი და ერთი ელექტრონი, არის ატომური ნომერი ერთი, ხოლო უფრო დიდი ელემენტები, როგორიცაა რადიუმი 88 ნომერზე, ნაჩვენებია მათი რაოდენობის მიხედვით პროტონები.
მოლეკულები არის ერთი ან მეტი ატომის კომბინაცია სპეციფიკურ ნივთიერებად. ალბათ ყველაზე ცნობილი კომბინაციებია წყალი (H2O), ნახშირორჟანგი (CO2) და ჟანგბადი (O2, უფრო ზუსტად დიოქსიგენი). მოლეკულის ქიმიური ფორმულა (მაგალითად, H2O) აჩვენებს ნივთიერებაში არსებულ სპეციფიკურ ატომებს და აგრეთვე, თუ რამდენი გვხვდება თითოეული ელემენტიდან. წყლის შემთხვევაში (H2O) წყლის თითოეულ მოლეკულაში ორი წყალბადის ატომი და ერთი ჟანგბადის ატომია. თუ მოლეკულას დაკარგავდა ამ ატომებიდან ერთ-ერთი, ნაერთი შეჩერდებოდა წყალი.
მოლეკულები ერთმანეთთან იმართება, რადგან ატომის დადებითი და უარყოფითი ნაწილები (შესაბამისად, პროტონები და ელექტრონები) იზიდავს ერთმანეთს. მათ ქიმიურ კავშირებს უწოდებენ. თითოეულ მოლეკულას აქვს დადებითი და უარყოფითი დასასრული, როგორც ელემენტის გვერდები, რომლებიც სხვა მოლეკულებთან უერთდება კონკრეტული ნივთიერების შექმნას. წყლის შემთხვევაში, დადებითად დამუხტული ჟანგბადის ატომები იზიდავს უარყოფითად დამუხტულ წყალბადის ატომს, წარმოქმნის წყალბადის ბმას.
ნაერთები არის ერთზე მეტი ელემენტის ნებისმიერი კომბინაცია, როგორიცაა წყალბადის და ჟანგბადის (წყალი) ან ნატრიუმის და ქლორის (მარილი). მიუხედავად იმისა, რომ ცნობილია მხოლოდ 118 ელემენტი, ატომების სპეციფიკური კომბინაცია და თანმიმდევრობა ქმნის უსაზღვრო რაოდენობის შესაძლებლობებს. მაგალითად, ქიმიური ნაერთი ეთანოლი, რომელსაც ჩვეულებრივ ალკოჰოლს უწოდებენ, აქვს C2H5OH ქიმიური ფორმულა. მიუხედავად იმისა, რომ არსებობს წყალბადის ექვსი ატომი, საბოლოო წყალბადის უკავშირდება ჟანგბადის ატომს. სინამდვილეში ეს ნახშირბადის ატომის კავშირია ჰიდროქსილის (OH) ჯგუფთან, რომელიც განასხვავებს ნებისმიერ ორგანულ ნაერთს, როგორც ალკოჰოლს, მაგრამ არა კონკრეტულად ეთანოლს.
მიუხედავად იმისა, რომ ზოგიერთი ნივთიერება შეიძლება შედგებოდეს მხოლოდ ერთი ელემენტისგან, ამ ელემენტის რაოდენობა ასევე განასხვავებს სხვადასხვა ნივთიერებებს. ჟანგბადი, რომელიც ადამიანს და სხვა ცხოველებს სჭირდებათ, არის ჟანგბადის ორი ატომის კომბინაცია (O2); ამასთან, ჟანგბადის სამი ატომი (O3) ქმნის ოზონის ნივთიერებას, რომელიც დედამიწის ატმოსფეროს მნიშვნელოვანი ნაწილია, მაგრამ შეიძლება იყოს ტოქსიკური ორგანული სიცოცხლისთვის.