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Empédocles afirma que todas las cosas se componen de cuatro elementos primarios: tierra, aire, fuego y agua, sobre los cuales actúan dos fuerzas opuestas y activas (amor y odio, o afinidad y antipatía) que terminan por combinarlos o separarlos en formas infinitamente variadas.
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Aristóteles, expandiendo lo dicho por Empédocles, propone la idea de una sustancia como una combinación de «materia» y «forma». A continuación, publica la «teoría de los cinco elementos» (fuego, agua, tierra, aire y éter), la cual es ampliamente aceptada en todo el mundo occidental por más de un milenio.
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El erudito Robert Grosseteste publica varios comentarios aristotélicos donde establece un marco primerizo para el método científico.
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Jean Beguin publica Tyrocinium Chymicum, uno de los primeros trabajos escritos sobre química, en donde redacta la primera ecuación química de la Historia.
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Robert Boyle publica The Sceptical Chymist, un tratado que trata sobre las diferencias entre la química y la alquimia. Este contiene asimismo algunas de las primeras nociones sobre los átomos, las moléculas y las reacciones químicas, con lo que marca el inicio de la historia de la química moderna.
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Carl Wilhelm Scheele y Joseph Priestley aislan de forma individual el oxígeno; Priestly lo nombra «aire desflogisticado», mientras que Scheele lo llama «aire de fuego».
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Louis Joseph Gay-Lussac descubre que el agua está compuesta, en volumen, de dos partes de hidrógeno y una de oxígeno.
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Jöns Jacob Berzelius publica Lärbok i Kemien, en donde propone tanto la notación como la simbología química modernas, además de incorporar el concepto del peso atómicorelativo.
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Dalton publica su obra Nuevo sistema de filosofía química, que contiene la primera descripción científica moderna de la teoría atómica, así como una clara exposición de la ley de las proporciones múltiples.
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Dimitri Mendeleyev se da cuenta de que si todos los 63 elementos conocidos están dispuestos en orden de mayor peso atómico, sus propiedades se repiten de acuerdo a ciertos ciclos periódicos. Se formula la tabla periódica de los elementos y predice la existencia de elementos que aún no han sido descubiertos. Tres de esos elementos se encuentran durante su vida: galio, escandio y germanio.
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JJ Thomson descubre que las partículas con carga negativa emitida por los tubos de rayos catódicos son más pequeñas que los átomos y de parte de todos los átomos. Él llama a estas partículas, conocido ahora como electrones, "corpúsculos".
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Ernest Rutherford descubre que el origen de la radiactividad se debe a la desintegración de los átomos; asimismo, introduce términos para varios tipos de radiación.
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Rutherford, Hans Geiger y Ernest Marsden realizan el experimento de la lámina de oro, que demuestra la veracidad del modelo nuclear del átomo, con un núcleo pequeño y denso de carga positiva rodeado de una nube de electrones difusa.
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James Chadwick descubre el neutrón.
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James Dewey Watson y Francis Crick proponen la estructura del ácido desoxirribonucleico (ADN), con lo que se funda el campo de la biología molecular.
