Вся речовина в ньому - це масивна колекція молекул. Молекули - це з'єднання двох або більше атомів, які є основною одиницею фізичної речовини. Атомам надається різна вага залежно від кількості протонів і нейтронів в ядрі та електронів у навколишній хмарі. Та сама електромагнітна сила, яка утримує один атом разом, може також утримувати два або більше атомів разом, утворюючи молекулу, тоді як численні молекули з’єднуються, утворюючи речовину.
Атоми, основні будівельні блоки життя, складаються з трьох частинок: нейтронів, протонів та електронів. Переважна більшість маси атома знаходиться в ядрі, в центрі атома, що складається з протонів і нейтронів, тоді як електрони затьмарюють область поза ядром. Протони заряджені позитивно, тоді як електрони заряджені негативно, а нейтрони нейтральні. Атомна вага атома визначається кількістю протонів і нейтронів, тоді як його атомний номер дорівнює лише кількості присутніх протонів. Хоча електрони можуть відрізнятися, у випадку іонів, у яких електрони втрачені або отримані, а нейтрони можуть не бути присутніми, як в атомах водню, які не мають нейтронів, кількість протонів в атомі ніколи зміни. Оскільки електрони можуть бути отримані або втрачені, а нейтрони не можуть бути включені, елементи ідентифікуються за атомним номером, оскільки кількість протонів ніколи не змінюється. Періодична система елементів - це діаграма, що відображає всі відомі елементи, що існують, частково розташовані за номерами. Першим і найпростішим елементом, воднем, що має лише один протон і один електрон, є атомний номер один, тоді як більші елементи, такі як радій під номером 88, відображаються в порядку їх кількості протони.
Молекули - це поєднання одного або декількох атомів у певну речовину. Мабуть, найбільш відомими комбінаціями є вода (H2O), вуглекислий газ (CO2) та кисень (O2, точніше діоксиген). Хімічна формула молекули (наприклад, H2O) показує конкретні атоми речовини, а також кількість кожного елемента. У випадку води (H2O) у кожній молекулі води є два атоми водню і один атом кисню. Якби молекула втратила один із цих атомів, сполука перестала б бути водою.
Молекули утримуються разом, оскільки позитивна та негативна частини атома (протони та електрони відповідно) притягуються одна до одної. Вони називаються хімічними зв’язками. Кожна молекула має позитивний і негативний кінець, як сторони батареї, які з’єднуються з іншими молекулами для створення певної речовини. У випадку води позитивно заряджені атоми кисню притягуються до негативно зарядженого атома водню, утворюючи водневий зв’язок.
Сполуки - це будь-яка комбінація більш ніж одного елемента, наприклад водню та кисню (вода) або натрію та хлору (сіль). Хоча відомо лише 118 елементів, конкретна комбінація та послідовність атомів створює нескінченну кількість можливостей. Наприклад, хімічна сполука етанол, яку зазвичай називають алкоголем, має хімічну формулу C2H5OH. Поки є шість атомів водню, кінцевий водень пов'язаний з атомом кисню. Фактично зв’язок атома вуглецю з гідроксильною (ОН) групою відрізняє будь-яку органічну сполуку як алкоголь, але не конкретно як етанол.
Хоча деякі речовини можуть складатися лише з одного елемента, кількість цього елемента також відрізняє різні речовини. Кисень, який потрібен людям та іншим тваринам, є поєднанням двох атомів кисню (O2); однак три атоми кисню (O3) створюють речовину озон, яка є важливою частиною атмосфери Землі, але може бути токсичною для органічного життя.