Madde atom denilen çok küçük birimlerden oluşur. Her farklı tip atom farklı kimyasal elementleri oluşturur. Günümüzdeki Uluslar arası Saf ve Uygulamalı Kimya Birliği (IUPAC) 112 tane element tanımıştır. Tüm maddeler sadece bu elementlerden meydana gelmiştir. Elementler, iyi bildiğimiz karbon, demir gümüş gibi elementlerden, lütesyum ve tulyum gibi daha az tanınanlara kadar uzanır. Elementlerin 90 kadarı doğal kaynaklardan elde edilebilir. Geri kalanı doğal olarak olmamışlardır ve sadece laboratuvarlarda oluşturulmuştur.
Kimyasal bileşikler iki ya da daha fazla element atomunun birleşmesiyle oluşan maddelerdir. bilim adamları milyonlarca farklı kimyasal bileşik tanımlamışlardır. Bazen bir bileşiğin tek bir molekülünü ayırabiliriz. Molekül, bileşiği oluşturan atomları, bileşikteki ile aynı oranda içeren en küçük birimdir. Su molekülü, üç atom içerir: iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomuyla birleşmiştir. Hidrojen peroksit molekülü iki hidrojen atomu ve iki oksijen atomu içerir. Hidrojen peroksitte iki oksijen atomu birbirine bağlıdır ve her oksijen atomuna bir hidrojen bağlanmıştır. Buna karşılık, kan proteini gama globülin 19 996 atomdan oluşur; ancak bunlar karbon, hidrojen, oksijen, ve azot olmak üzere sadece dört çeşittir.
Kum ve su karışımı örneğinde olduğu gibi, heterojen karışımlarda birleşenler her bölgede aynı değildir. Bu nedenle, karışımın ir bölgeden diğerine bileşim ve fiziksel özellikler değişebilir. Örneğin, salata sosu, beton levha ya da bir bitki yaprağın tümü heterojendir.