决定物质物理性质的最小单位是分子，分子又是由原子构成的，原子是化学反应中不可再分的基本微粒。原子是由原子核和核外电子组成，当原子得到电子或失去电子时会变成离子。

在有机化学中一些分子可以在光热等外界条件下，共价键发生均裂而形成的具有不成对电子的原子或基团，被称为自由基。

原子核还可以分成质子和中子，质子和中子还可以再分成各种夸克（这些就已经不属于化学的范围了，是属于物理学研究的对象）。