Im ersten Schritt geht es darum, Chemie und Physik voneinander abzugrenzen, obwohl beide Wissenschaften heute so miteinander verzahnt sind, dass beide Fächer isoliert nicht vorstellbar sind. Versucht man die Fächer zu definieren, so dient die Chemie der Klärung des Aufbaus, der Eigenschaften und der möglichen Umwandlungen von Stoffen. Das Fachgebiet Physik beschäftigt sich mit Vorgängen, in denen sich Zustand, Form oder Lage der Stoffe durch Kraft- oder Energieeinwirkungen ändern.
Viele Stoffe, die wir heute kennen, bestehen aus unterschiedlichen Bestandteile, diejenigen Stoffe, die in elementarer Form, also als Grundstoff vorkommen, sind eher die Minderheit. Häufig sind die Stoffe Kombinationen von Stoffen, die sich nach der Art ihres Aufbaus und ihrer Reinheit in Reinstoffe oder Gemisch/ Gemenge unterscheiden lassen.
Ausgangspunkt des Stoffaufbaus ist jeweils der atomare, bzw. molekulare Aufbau der Elemente, also der Stoffe, die nicht mehr in andere Stoffe zerlegt werden können. Die Atome eines Elementes bestehen dabei aus den sogenannten Elementarteilchen, die wichtigsten Elementarteilchen sind die Protonen, Neutronen und Elektronen.
Für ein grundlegendes Verständnis des Atomaufbaus genügt als ausreichende Vorstellung das Atommodell von Niels Bohr, der sein Schalenmodell 1913 vorstellte.
Gemäß der Modellvorstellung von Niels Bohr sind die Elementarteilchen Protonen und Neutronen im Kern und Elektronen auf bis zu 7 Schalen um den Kern angeordnet. Stimmen Protonen im Kern und Elektronen in der Hülle nicht überein, wird aus dem elektrisch neutralen Atom ein Ion, liegen mehr Elektronen als Protonen vor, handelt es sich um ein Anion. Existieren mehr Protonen als Elektronen handelt es sich um ein Kation.
Wie bereits oben erwähnt, sind die meisten uns bekannten Stoffe Verbindungen. Chemische Verbindungen sind nur deswegen möglich, weil die meisten Atome danach streben, die Zahl der Elektronen auf der Außenschale (Valenzelektronen) zu erhöhen und auf 8 zu bringen (Oktettregel). Dieser Elektronenzustand (8 Elektronen auf der äußersten Schale) entspricht den Edelgasen und wird daher auch als Edelgaskonfiguration bezeichnet.
Je nach Atomaufbau erreichen die Elemente in einer Verbindung den angestrebten Oktettzustand auf verschiedene Weise: Möglich sind dabei drei Arten von Verbindungen: die Metallbindung (elektrostatische Wechselwirkung), zwischen Metallatomen, die Atombindung (Wechselwirkungen der Elektronen zweier oder mehrerer Nichtmetallatome) zwischen Nichtmetallelementen und die Ionenbindung (elektrostatische Wechselwirkung zwischen Ionen).
Die Atombindung wird vorrangig aus Nichtmetallatomen aufgebaut, der Aufbau von vollbesetzten Edelgasschalen erfolgt über die Nutzung gemeinsamer Elektronenpaare. Zwischen Nichtmetallen und Metallen wirken hingegen ionische Bindungen, durch die Bildung von Kation und Anion entsteht eine elektrische Anziehungskräfte. Bei der “Metallbindung” kommt es aufgrund der Abgabe der Außenelektronen zu einer Art Elektronengas, das die positiven Atomrümpfe in Form eines Metallgitters zusammenhält.
Die Kenntnis des inneren Aufbaus eines Stoffes ist sowohl für das Verständnis bei der Herstellung verschiedener Stoffe als auch für das Verständnis der Eigenschaften nötig. Der innere Aufbau lässt sich auf die kleinsten Bestandteile der Stoffe (Atome, Moleküle oder Ionen) und der aus dem Zusammenschluss resultierenden chemischen Verbindungen zurückführen. Ein Beispiel sind Metalle: die gute Leitfähigkeit der Metalle, die auf die freie Beweglichkeit der Elektronen im Metallgitter zurückgeführt werden kann, beruht auf dem Verhalten von positiv geladenen Atomrümpfen und dem negativ geladenen Elektronengas.
Darüber hinaus kann man die Elemente im Periodensystem mithilfe der Metall-Nichtmetall-Trennlinie (Bor -> Astat) in Metalle (rechts der Trennlinie) und Nichtmetalle (links der Trennlinie) einteilen.