Si definisce materia tutto ciò che ha una massa ed occupa uno spazio. Da tale definizione scopriamo che la materia è il costituente fisico dell’universo ed è caratterizzata dall’occupare uno spazio e dal possedere una massa. I costituenti fondamentali della materia sono gli atomi. Il termine atomo, coniato per la prima volta dal filosofo greco Democrito (460-370 a.c.), significa letteralmente “non divisibile” ed indica una serie di particelle fondamentali che mantengono la loro identità durante le reazioni chimiche. Il concetto di atomo sviluppato inizialmente da Democrito non è poi così lontano dalla realtà che oggi conosciamo. Oggi sappiamo che gli atomi possono legarsi tra loro in una serie innumerevole di combinazioni creando così ciò che in chimica definiamo sostanze pure (o individui chimici) o più semplicemente sostanze. Le sostanze pure sono dotate di proprietà chimico-fisiche proprie che non possono essere modificate mediante sistemi di separazione fisica. La particella minima che conserva tutte le caratteristiche chimiche e fisiche di una certa sostanza è detta molecola. Le sostanze pure (o individui chimici) possono essere a loro volta suddivise in: elementi e composti.

Si definisce elemento o sostanza allo stato elementare una specie chimica pura costituita da atomi dello stesso tipo che si combinano tra loro secondo rapporti numerici ben precisi (H₂, S₈, He, Al, ecc.). Da questa definizione è facile dedurre che, essendo gli elementi costituiti da atomi dello stesso tipo, essi non possono essere scomposti in sostanze più semplici. Attualmente si conoscono più di 110 elementi diversi, di cui solo 90 sono presenti in Natura. I rimanenti sono stati ottenuti artificialmente in laboratorio. Gli elementi sono stati classificati nella tavola periodica secondo precisi criteri che analizzeremo successivamente.

Si definisce composto una sostanza pura che è costituita da atomi appartenenti a due o più elementi diversi presenti in rapporti ponderali definiti e costanti e uniti tra loro mediante legami chimici (H₂O, HCl, NaOH, C₆H₁₂O_6,ecc). Essendo costituiti da più atomi appartenenti a elementi diversi, i composti presentano caratteristiche chimico-fisiche diverse da quelle dei loro costituenti di partenza. La loro natura,  inoltre, suggerisce che è possibile, mediante metodi chimici, scindere i legami che tengono uniti i vari atomi del composto per ottenere gli elementi costituenti da cui derivano.

2H₂O_(l) (composto) -> 2H_2(g) + O_2(g) (elementi).

Quando una porzione di materia è costituita da una sola sostanza, questa è necessariamente pura e la materia viene definita omogenea. Diversamente, quando la materia è costituita da più sostanze (elementi o composti) unite tra loro in proporzioni variabili siamo in presenza di una miscela. Le varie sostanze di una miscela possono essere separate e isolate mediante metodi fisici, senza alterare le proprietà dei singoli costituenti di partenza. A seconda della possibilità di distinguere o meno i vari componenti delle miscele, queste possono essere classificate come miscele omogenee o miscele eterogenee.

Si definisce miscela omogenea una miscela di composizione uniforme in ogni punto del campione ed i cui componenti non sono macroscopicamente distinguibili tra loro (acqua di mare con i suoi sali disciolti, bevande come il thè o il vino, l’aria). Le miscele omogenee sono costituite da un’unica fase, ovvero si presentano fisicamente identiche in ogni punto del campione. L’aria, ad esempio, è una miscela gassosa omogenea costituita da: 78% di N₂ , 21% di O₂ e 1% di altri gas. Definiamo questa molecola come omogenea in quanto: 1) vari gas che la compongono non sono macroscopicamente distinguibili tra loro, 2) la composizione dell’aria è la stessa in ogni punto del campione.

Si definisce miscela eterogenea una miscela di composizione non uniforme i cui componenti sono macroscopicamente distinguibili tra loro e possono facilmente essere separati mediante metodi fisici. Le miscele eterogenee sono quindi costituite da due o più fasi, ovvero da porzioni di materia che differiscono tra loro e sono delimitate da superfici di separazione fisicamente deboli. Le fasi solitamente possono essere distinte ad occhio nudo, pensiamo ad esempio alla miscela eterogena tra olio e acqua (l’olio galleggia sull’acqua formando due fasi distinte) o tra solidi diversi (la sabbia di mare è costituita da granelli solidi chimicamente e fisicamente diversi per dorma e costituzione). In altri casi le fasi sono difficilmente distinguibili ad occhio nudo ma ad un’attenta analisi, supportata eventualmente dall’impiego di un microscopio, è possibile verificare che ogni componente della miscela eterogena esista come sostanza individuale. E il caso ad esempio del latte (miscela eterogenea di grassi, proteine e acqua) o del sangue caratterizzato da una parte corpuscolare dispersa in una miscela di sostanze allo stato liquido.
Le miscele eterogenee in cui un solido è disperso in un liquido, conosciute con il nome di dispersioni, possono essere a loro volta classificate in due categorie in base alle dimensioni particellari del solido:

• prendono il nome di sospensioni se il solido è formato da particelle con diametro superiore ad 1 µm (1 µm = 10⁻⁶ m);
• prendono il nome di dispersioni colloidali se le particelle hanno un diametro compreso tra 1 e 1000 nm (1 nm = 10⁻⁹ m).

Le dispersioni colloidali sono caratterizzate dal cosiddetto effetto Tyndall, ovvero da quel fenomeno per cui un raggio luminoso che attraversa una dispersione colloidale genera un’opalescenza luminosa dovuta alla diffusione della luce da parte delle particelle disperse. Le particelle che costituiscono la dispersione colloidale esibiscono il caratteristico  moto  Browniano, cioè se osservate all’ultramicroscopio appaiono animate da un movimento rapido e continuo. Le miscele eterogenee costituite da due liquidi immiscibili, ad esempio olio e acqua, prendono il nome di emulsioni. Nelle emulsioni si possono individuare due o più fasi: quella presente in concentrazione maggiore prende il nome di fase disperdente, la fase presente in concentrazione minore prende il nome di fase dispersa.