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  英語中的「化學」(英語:chemistry)一字的語源有多種說法。一種說法認為是由「鍊金術」(英語:alchemy)得名的。英語中「英語:alchemy」一詞源於古法語的「」和阿拉伯語的「」,意為「形態變化的學問」(英語:the art of transformation)。阿拉伯語中的「」一字則源於希臘語。亦有另一種說法認為英語中的「英語:chemistry」一字源自埃及語中的「」,意思是「土」(英語:earth)。  在中國,「化學」一詞最早出現在1857年墨海書館出版的期刊《六合叢談》。偉烈亞力提及王韜在其日記中記載了從戴德生處聽聞的「化學」一詞。一般認為中文中的“化學”一詞是徐壽翻譯英國人的書《化學鑑原》一書時發明的。  「化學」一詞被介紹到日本,取代了原先日語中的譯法「舍密」。

  

  最早的化學要算是人類對火的研究。對於當時的人來說,火可以將一種物體變成另一種物體,所以成為了當時人最有興趣研究的現象。如果沒有火,人類不會發現到鐵和玻璃的煉製方法。

  人類發現了黃金這種貴重的金屬之後,很多人轉移研究怎樣把其他物質變成黃金。公元前300年至1500年,煉金術士皆研究如何將一些便宜的金屬轉化成黃金,因此累積了金屬的提取和處理有關的觀察和技術。有些煉金術士主要的工作是製造藥物,中國當時亦有所謂煉丹術。2000年前,人類已廣泛使用金、銀、汞、銅、鐵和青銅。當時的人類文明,對於陶瓷、染色、釀造、造紙、火藥等在工藝方面已有一定成就,在技術經驗上,對物質變化的理解已有一定觀察和文獻累積。

  早期化學家收集了很多不同物質的資料。在17世紀以前,化學成就並不大(燃素說、鍊金術),其中較有成就者如羅伯特·波義耳。到了1750年,化學仍帶有神祕色彩,併為不正確的理論支配著。直到1773年,安託萬-洛朗·德·拉瓦錫提出了質量守恆定律,並以氧化還原反應解釋燃燒現象,推翻了盛行於中世紀的燃素說,才開啟了現代化學之路;他因此被尊崇為「化學之父」。接著道爾頓整合當時的化學知識,並以自身的實驗所得提出了劃時代的原子說。此後,一些化學家相繼發現了各種化學元素,後來門得列夫建立了元素週期表令化學視界更臻完備。1901年,化學家諾貝爾以其遺產成立了諾貝爾化學獎,以表揚在化學領域對人類有貢獻者。

  現代化學始於20世紀初期蓬勃發展的量子力學。萊納斯·鮑林引進量子力學解釋化學鍵的本質,得以用波函式的線性疊加來描述。質子、中子和電子的發現,使化學真正由原子尺度來理解化學反應。量子力學和電子學的發展,使得許多新型儀器得以開發,來探索和分析化合物的結構和成分,如光譜儀、色譜儀、核磁共振儀和質譜儀等。

  當代化學大致分為四大學門,各學門又有許多延伸的子學門和應用化學領域。  四大學門主要為:  其他延展和應用的學門:

  

  一粒原子是由原子核及外圍帶負電荷的電子(稱為核外電子)組成的粒子,一般而言是化學研究的最小尺度範疇。原子核通常是由質子和中子組成。與通常的物理概念不同的是,單一的質子在化學領域被認為是H(氕)原子核,也就是說原子核內必然含有質子,但可能不含中子。 電子帶負電荷,質子帶正電荷,個數相同使得電荷平衡,令整個原子呈電中性。當核外電子數與原子核內質子數不相同時,則形成離子。通常認為離子也是原子的一種。

  擁有相同質子數的同一類原子被稱為“元素”。例如,氫這種元素中所有原子都是隻有一粒質子。這個概念換過來說亦可:所有原子核中有六粒質子的原子都是碳,所有原子核中有九十二粒質子的都是鈾。元素亦有另一定義,就是所有不可以用化學方法分解的物質都是元素。  在這麼多種列舉元素的方法中,最常用和最方便的莫過於元素週期表。週期表根據原子序數來排列原子,而原子序數就是一粒原子中質子的數量。因為這個奇怪的排列,排在一起的元素,無論是同一個直行、同一個橫行還是純粹在附近,都有一些大致上固定的關係。  同一種元素可能有很多個不同的核素。它們的質子數相同而中子數不同,因而化學性質相同。但由於它們的中子數不同,造成原子核穩定性不同,而造成某些核素具備放射性。同一種元素的不同核素在元素週期表內佔據同一個位置,因此同一種元素的不同核素互稱同位素。例如H(氕)與H(氘)互稱同位素。

  化學物質是指一種物體,它既確定了其化學組成,也確定了它的化學性質。嚴格的來講,混合的化合物,元素等都不能算是化學物質,只能說是化學藥品或者說化學制品。大多數我們日常生活碰到的化學品都是混合物,比如空氣、合金、生物製品。

  物質的命名法在化學語言當中是最嚴格的一環。早在很久以前,化合物的命名是由其發現者自行決定的,這樣則導致了命名的困難和混亂。而現在我們最常用的還是國際純粹與應用化學聯合會 (英語:International Union of Pure and Applied Chemistry) (英語:IUPAC)命名方法。它用一個命名系統讓所有的化合物都有一個獨有的名稱和程式碼。有機化合物通過有機命名系統命名;而無機化合物通過無機命名系統命名。而通過化學索引服務(英語:Chemical Abstracts Service),我們可以輕鬆的通過CAS號(英語:CAS registry number)來找到每一個化合物的性質、特性、命名和結構。

  一個分子是化合物的最基本結構,不用化學方法是拆不開的。大部分分子都是由兩個或以上原子組成,但是都有些特例,例如氦氣分子,只有一個原子。這些原子,如果多於一個,是通過化學鍵結合。

  離子是帶電荷的物質,可以由原子或分子失去或得到電子形成。正離子(例如鈉離子Na)和負離子(例如氯離子Cl)結合可以成為電荷中性的鹽(例如食鹽NaCl)。有些離子是由幾個原子組成,而它們進行化學作用的時候又不會分離,例如磷酸根離子(PO)、銨離子(NH)。氣相的離子通常被稱為等離子體。

  物質可以被分類為一種酸或者是一種鹼。通常我們有幾種進行酸鹼分類定義的理論。其中最簡單的要數阿累尼烏斯理論(英語:Arrhenius theory),它認為:酸是能夠在水當中電離出水合氫離子的物質;而相反鹼則是在水當中電離出氫氧根離子的物質。而酸鹼質子理論(英語:Brønsted–Lowry acid-base theory)則認為酸是能夠在化學反應中給其他物質氫離子的物質;而鹼則是相應能得到氫離子的物質。第三種理論被稱作是路易斯酸鹼理論(英語:Lewis acid-base theory),它是基於形成化學鍵之上的。路易斯理論認為:酸是在鍵的形成當中接受了一對電子;而鹼則是在形成鍵的過程中給予了其他物質一對電子。因此,一個物質如果對於不同的酸鹼理論來說,可能在此是酸,在另外一個理論來說卻是鹼。  酸性強度的衡量方法主要有兩種:第一種是阿累尼烏斯定義的也就是我們最常用的pH,它是通過衡量一個溶液當中氫離子的濃度來確定酸性的大小。它的計算方法是pH=-log[H],也就是pH等於氫離子濃度的負對數(以10為底)。因此可以說,擁有更高濃度的氫離子溶液,其pH越低而酸性更強。第二種是英語:Brønsted–Lowry定義,也就是酸解離常數(K),它衡量的是物質作為酸的時候給予氫離子的能力。因此一個酸性越強的物質,其K更高,更具有給予氫離子的的傾向。同樣的我們可以用pOH代替pH, K代替K來說明鹼性強度。

  氧化還原的概念和一個物質的原子獲取或者給予電子的能力有關。物質擁有氧化其他物質的能力就被成為氧化性,而此物質被成為氧化劑(英語:oxidizing agents),或者成為氧化物。一個氧化劑能夠將電子從其他的物質上移走。相應的,具有還原其他物質的物質被稱作有還原性而成為還原劑(英語:reducing agents)或者成為還原物。一個還原試劑能夠傳遞給其他物質電子並且氧化自身。而正因為其“給予”了其他物質電子,它還被稱為供電子物。氧化還原的性質與氧化數(英語:oxidation number)有關--其實真正的給予或者獲取完成的電子並不存在。所以,氧化過程被定義為增加了氧化數,而還原則是降低的氧化數。  簡單來說,氧化反應指還原劑失去電子,化合價上升;而還原反應是指氧化劑得到電子,但化合價下降。氧化和還原反應必須同時進行。

  化學品泛指一切有確實化學構造及化學成分的物質,所以又稱化學物質。它們可以是元素、化合物或混合物。日常生活中,我們會遇到的東西多數都是混合物,例如合金。

  化合物是一些以不同元素用固定比例結合而成的物質。成分的比例決定了它的化學特性。例如水是用氫同氧以二比一組合而成,組成水分子的三個原子之間構成了104.5度的健角。不同化合物及元素之間的變化稱為化學反應。

  摩爾(英語:mole,僅臺灣地區使用“莫爾”一詞)是物質的量的國際單位,符號為mol。1摩爾是所含基本微粒個數與12克的碳-12(formula_1)中所含原子個數相等的一系統物質的量。使用摩爾時,應指明基本微粒,可以是分子、原子、離子、電子或其他基本微粒,也可以是基本微粒的特定組合體。1摩爾物質中所含基本微粒的個數等於阿伏伽德羅常數,符號為N,數值是6.0214129×10,常取6.02×10。  一種物質的摩爾質量與分子量,在使用國際單位制時,在數值上相等。

  化學鍵是指組成分子或材料的粒子之間互相作用的力量,其中粒子可以是原子、離子或是分子。化學鍵的物理本質來自於粒子和粒子之間的靜電力,量子力學上意指原子間電子的波函式線性疊加。化學鍵是化學最重要的概念之一,物理理論本質由萊納斯·鮑林建立。化學家為能簡潔表述化學鍵並規避量子力學的複雜性,將化學鍵分類為共價鍵、離子鍵和金屬鍵,較弱的鍵結如氫鍵及較特殊的配位相互作用等。無論分類為何,其物理本質都是相同的。

  分子間力是不同分子之間的作用力,主要有氫鍵,範德華力,親水作用/疏水作用等,這種作用力比化學鍵弱,容易開啟或重新組合,但是是形成分子空間排列和架構的重要作用力,是現代化學的重要研究方向之一。

  物質有時會是液體,有時會是固體,有時會是氣體,這些叫作物質的相態。一件物質是否軟、透不透光、透光的話它的折射率是多少,這些都是一件物質的物理特性。總而言之,物理特性即是一種物質不靠化學作用都可以斷定到的特性。

  化學反應,亦稱化學變化是一種物質轉變為另一種物質的過程,涉及分子中原子的交換和化學鍵的轉移、形成或消失。化學反應形成的改變既可令很多獨立的分子結合,也可將一個較大型的分子拆開成為很多獨立的小分子,甚至是同一分子內有原子移動,即使原子的數量沒有改變,但仍會構成化學反應。  化學變化,亦稱化學反應是一種物質轉變為另一種物質的過程,涉及分子中原子的交換和化學鍵的轉移、形成或消失。化學變化形成的改變既可令很多獨立的分子結合,也可將一個較大型的分子拆開成為很多獨立的小分子,甚至是同一分子內有原子移動,即使原子的數量沒有改變,但仍會構成化學變化。

  雖然平衡概念在科學各領域都得到廣泛的應用,但在化學中,化學平衡是指化學成分中出現多種不同狀態的可能性,例如在可以彼此反應的幾種化合物的混合物中,或當物質可以以多於一種相態存在的時候。  即使有著不變的化學組成,但在平衡系統中的化學物質通常並非處於靜止狀態;這些物質的分子會互相繼續進行反應,從而產生動態平衡。因此,化學平衡描述了諸如化學成分之類的引數隨時間保持不變的狀態。

  化學反應的守恆必須符合物理守恆定律,反應前後應符合:

  化學工業(化工)是當代經濟活動當中重要的一部分。全球50大化學品製造商在2004年共銷售了5870億美元的業績,其中利潤佔據了8.1%,其中研發成本佔據了2.1%

  其他還有諸如放射分析化學、同位素化學、輻射化學、核燃料、反應堆和裂變產物化學、地球化學、海洋化學、大氣化學、環境化學、宇宙化學、星際化學、藥物化學、神經化學、農業化學、石油化學、木材化學、土壤化學、煤化學、食品化學、化學地理學、天體化學、岩石化學、空間化學及膠體與介面化學等
化學是一門研究物質的性質、組成、結構、以及變化規律的物理的子學科。化學研究的物件涉及物質之間的相互關係,或物質和能量之間的關聯。傳統的化學常常都是關於兩種物質接觸、變化,即化學反應,又或者是一種物質變成另一種物質的過程。這些變化有時會需要使用電磁波,當中電磁波負責激發化學作用。不過有時化學都不一定要關於物質之間的反應。光譜學研究物質與光之間的關係,而這些關係並不涉及化學反應。準確的說,化學的研究範圍是包括分子、電子、離子、原子、原子團在內的核-電子體系。「化學」一詞,若單從字面解釋就是「變化的學問」之意。化學主要研究的是化學物質互相作用的科學。化學如同更廣義的物理皆為自然科學之基礎科學。很多人稱化學為「中心科學」,因為化學為部分科學學門的核心,連線物理概念及其他科學,如材料科學、奈米技術、生物化學等。研究化學的學者稱為化學家。在化學家的概念中一切物質都是由原子或比原子更細小的物質組成,如電子、中子和質子。但化學反應都是以原子或原子團為最小結構進行的。若干原子通過某種方式結合起來可構成更復雜的結構,例如分子、離子或者晶體。當代的化學已發展出許多不同的學門,通常每一位化學家只專精於其中一、兩門。在中學課程中的化學,化學家稱為普通化學(,英語:General Chemistry,)。普通化學是化學的導論。普通化學課程提供初學者入門簡單的概念,相較於專業學門領域而言,並不甚深入和精確,但普通化學提供化學家直觀、影象化的思維方式。即使是專業化學家,仍用這些簡單概念來解釋和思考一些複雜的知識。