Vso snov je ogromna zbirka molekul. Molekule so spoj dveh ali več atomov, ki so najosnovnejša enota fizikalne snovi. Atomi dobijo drugačno težo glede na število protonov in nevtronov v jedru in elektronov v okoliškem oblaku. Ista elektromagnetna sila, ki drži en atom skupaj, ima lahko tudi dva ali več atomov skupaj, da tvori molekulo, medtem ko se številne molekule združujejo in tvorijo snov.
Atomi, osnovni gradniki življenja, so sestavljeni iz treh delcev: nevtronov, protonov in elektronov. Velika večina atomske mase se nahaja v jedru, v središču atoma, sestavljenem iz protonov in nevtronov, medtem ko elektroni zameglijo območje zunaj jedra. Protoni so pozitivno nabiti, elektroni pa negativno, nevtroni pa nevtralni. Atomsko težo atoma določa število protonov in nevtronov, medtem ko je njegovo atomsko število enako le količini prisotnih protonov. Medtem ko se elektroni lahko razlikujejo, se lahko v primeru ionov, pri katerih so elektroni izgubili ali pridobili, nevtroni lahko ne sme biti prisoten, kot pri atomih vodika, ki nimajo nevtronov, število protonov v atomu nikoli spremembe. Ker se elektroni lahko pridobijo ali izgubijo in nevtroni ne smejo biti vključeni, so elementi identificirani z atomskim številom, ker se število protonov nikoli ne spremeni. Periodična tabela elementov je grafikon, ki prikazuje vse znane elemente, ki obstajajo, delno razporejen po številu. Prvi in najpreprostejši element, vodik, z enim protonom in enim elektronom je atomska številka ena, medtem ko so večji elementi, na primer radij pri številki 88, prikazani po vrstnem redu števila protoni.
Molekule so kombinacija enega ali več atomov v določeno snov. Morda so najbolj znane kombinacije voda (H2O), ogljikov dioksid (CO2) in kisik (O2, natančneje kisik). Kemijska formula molekule (na primer H2O) prikazuje specifične atome v snovi in koliko posameznih elementov je. V primeru vode (H2O) sta v vsaki molekuli vode dva atoma vodika in en atom kisika. Če bi molekula izgubila enega od teh atomov, bi spojina prenehala biti voda.
Molekule držimo skupaj, ker pozitivni in negativni del atoma (protoni oziroma elektroni) privlačita drug drugega. Te se imenujejo kemijske vezi. Vsaka molekula ima pozitiven in negativen konec, tako kot stranice akumulatorja, ki se združijo z drugimi molekulami, da ustvarijo določeno snov. V primeru vode pozitivno nabite atome kisika privlači negativno nabit atom vodika, ki tvori vodikovo vez.
Spojine so katere koli kombinacije več kot enega elementa, kot so vodik in kisik (voda) ali natrij in klor (sol). Čeprav je znanih le 118 elementov, posebna kombinacija in zaporedje atomov ustvarja neskončno veliko možnosti. Na primer, kemična spojina etanol, ki jo običajno imenujemo alkohol, ima kemijsko formulo C2H5OH. Medtem ko je prisotnih šest atomov vodika, je končni vodik vezan na atom kisika. Pravzaprav je vez ogljikovega atoma s hidroksilno (OH) skupino tista, ki razlikuje katero koli organsko spojino kot alkohol, ne pa posebej kot etanol.
Čeprav so nekatere snovi lahko samo iz enega elementa, količina tega elementa razlikuje tudi različne snovi. Kisik, ki ga potrebujejo ljudje in druge živali, je kombinacija dveh atomov kisika (O2); vendar trije atomi kisika (O3) tvorijo snov ozon, ki je bistveni del zemeljske atmosfere, vendar je lahko toksičen za organsko življenje.