Wszelkie otaczające nas przedmioty zbudowane są z materii. Jednak materia to również rzeczy, których nie możemy dotknąć jak powietrze czy planety. Istoty żywe też składają się z materii. Znamy cztery różne postacie występowania materii – stan stały, ciekły, gazowy i plazma (plazma występuje tylko w bardzo wysokich temperaturach podobnych do tych, które występują we wnętrzu gwiazd). Właściwościami materii są m.in.: gęstość, objętość, masa, plastyczność, kruchość, sprężystość, itp.

  Wszystko, co można wyczuć zmysłami (choć nie tylko) zbudowane jest z maleńkich drobin zwanych atomami, których miliony zmieścić można w kropce wielkości tej na końcu zdania. Na atom składają się znacznie mniejsze cząstki (zwane czasem subatomowymi). Środek każdego atomu tworzy jądro, które budują  protony i neutrony (składniki jądra atomowego określane są wspólna nazwą: nukleony od łac. nucleus = jądro). Wokół jądra poruszają się elektrony, które umownie grupuje się w powłoki (swoiste warstwy) w zależności od tego jak daleko od jądra krążą.

Masa protonów i neutronów jest znacznie większa niż elektronów. Tak więc można uznać masę atomu jako praktycznie równą masie jądra. Cząsteczki powstają w wyniku łączenia się atomów w większe układy. Liczba atomowa (oznaczana symbolem Z) określa liczbę protonów w atomie (w obojętnym atomie liczba protonów i elektronów jest równa). Protony i elektrony to cząstki mające ładunek elektryczny (protony – dodatni a elektrony – ujemny), z kolei neutrony są cząstkami obojętnymi elektrycznie. Elektrony poruszają się z prędkością bliską prędkości światła. Pierwiastek charakteryzuje się tym, że wszystkie jego atomy posiadają tę samą liczbę protonów. Natomiast liczba neutronów może być różna. Takie odmiany pierwiastka nazywamy izotopami.

Atomy są niezwykle małe. Ich rozmiary są rzędu 10-10 metra. To oznacza, że jeśli ułożyłoby się10 mln atomów jeden za drugim to utworzyłyby one linię o długości jednego milimetra! Co ciekawe te maleństwa składają się głównie z pustej przestrzeni – elektrony poruszają się w bardzo dużej odległości od jądra (relacja jest mniej więcej taka, że jeśli wyobrazić sobie jądro atomu jako łepek od szpilki umieszczony na środku boiska piłkarskiego to elektrony są maleńkimi punkcikami na brzegach tego boiska)  .

 Materia i jej natura była i jest przedmiotem zainteresowania badaczy z różnych dziedzin – zarówno filozofowie i teolodzy jak i fizycy i chemicy od wieków próbują zgłębić tajniki materii. Starożytna Grecja była miejscem powstania pierwszych koncepcji budowy materii. Idee te były jedynie intuicyjne, nie potwierdzone doświadczeniami. Empedokles z Akragas (żył w V wieku p.n.e.) twierdził, że ogień, woda, powietrze i ziemia są fundamentalnymi elementami (nazywał je żywiołami), które w wyniku wzajemnych oddziaływań prowadzą do utworzenia innych postaci materii. Z kolei Demokryt i Leukippos uznali, że materię tworzą niepodzielne cząstki - nazwali je atomami. Przeciwna teorię wysunęli (ok. 300 roku p.n.e.) greccy filozofowie – Platon i jego uczeń Arystoteles. Głosiła ona, że materia może być dzielona na coraz to mniejsze fragmenty nieskończenie wiele razy. W 1661 roku ukazało się dzieło Roberta Boyle’a, w którym przychylił się on do koncepcji Demokryta i Leukipposa określając pierwiastki chemiczne jako trwałe, nieskomplikowane substancje, których nie da się rozłożyć na prostsze składniki. Uznano, że ten sposób opisu materii tłumaczy reakcje chemiczne lepiej niż idea czterech żywiołów. Angielski chemik John Dalton w 1808 roku skonkretyzował nowoczesny sposób opisu pierwiastków chemicznych podając, że składają się one z atomów, których masy i rozmiary są określone. Dymitr Mendelejew, rosyjski chemik w roku 1869 opublikował układ okresowy, który porządkował pierwiastki według wzrastającej liczby atomowej. Dwadzieścia osiem lat później Joseph Thomson dokonał odkrycia elektronów, co dowodziło, że atomy nie są niepodzielnymi cząstkami, a w 1906 roku stworzył on pierwszy schemat budowy atomu. W 1900 roku Max Karl Planck stworzył definicję kwantu energii. Zgodnie z teorią kwantową energia nie może być przekazywana (np. wysyłana lub pochłaniana) przez jakiś obiekt w sposób ciągły. Może się to dokonywać tylko za pomocą tzw. kwantów czyli określonych porcji energii. Teoria ta została rozwinięta przez Alberta Einsteina. W roku 1911 Ernest Rutherford przeprowadził słynne doświadczenie, które dowiodło istnienia dodatnio naładowanego jądra atomowego. W roku 1913 Niels Bohr opracował teorię odnoszącą się do struktury atomu i jego specyficznych cech, w której  oparł się na teorii kwantów. Bohr stwierdził, że elektrony poruszają się dookoła jądra atomowego po pewnych dokładnie wyznaczonych orbitach, bez utraty energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego. Każda z tych orbit zawiera elektrony o ściśle określonej energii. Pewne czynniki zewnętrzne mogą być przyczyną przeskoczenia elektronu na inną orbitę (odleglejszą od jądra) – mówi się wtedy, że atom przeszedł w stan wzbudzony. Stan ten jest nietrwały i w niedługim czasie elektron powraca na swoją orbitę. Podczas tego przejścia atom emituje kwant promieniowania. Ilość energii, jaką niesie ze sobą taki kwant jest równa różnicy całkowitej energii atomu w stanie podstawowym i zburzonym. Dzięki teorii Bohra zostało wyjaśnione niejedno zjawisko związane z widmami atomów.

Obecnie chemicy skupiają się na badaniach struktur przestrzennych cząsteczek, wnikają w prawa obowiązujące na poziomie elektronowych powłok. Ważne jest poznanie rodzajów wiązań międzycząsteczkowych, a także mechanizmów według których zachodzą reakcje. Poznanie czynników wpływających na szybkość i wydajność reakcji jest bardzo przydatne przy projektowaniu przemysłowych metod syntez Wszystkie te badania wpływają na powstawanie nieznanych dotąd technologii. Dzięki nowym odkryciom  coraz więcej wiemy o otaczającym nas świecie a tę wiedzę możemy wykorzystać do realizacji wizji, które wcześniej wydawały się niemożliwe. Cały wszechświat - od cząstek elementarnych do rozległych galaktyk - wykazuje zdumiewający porządek i harmonię. Z drugiej strony cechuje go wielka różnorodność. I taka jest właśnie materia –  zróżnicowana a jednocześnie uporządkowana.