Pierwiastki pełnią w przyrodzie bardzo ważne funkcje. W zależności od funkcji dzielimy je na mikroelementy, makroelementyultraelementy.

Najliczniej w przyrodzie występującą grupą są makroelementy. Należy do nich jeden z najważniejszych dla istnienia życia pierwiastków: węgiel. Jest to podstawowy składnik wszystkich związków organicznych. Węgiel posiada unikalną zdolność łączenia się w duże cząsteczki - może związać się kowalencyjnie aż z czterema innymi atomami węgla. Umożliwia to powstawanie długich, prostych lub rozgałęzionych, łańcuchów oraz pierścieni, stanowiących szkielet związków organicznych.

Równie ważnymi dla istnienia na naszej planecie pierwiastkami są wodór i tlen. Podobnie jak węgiel, są one podstawowymi składnikami większości związków organicznych. Mogą łączyć się kowalencyjnie z atomami węgla oraz ze sobą, tworząc najważniejszy dla życia na Ziemi związek - H2O. Ponadto wodór i tlen są składnikami wielu grup funkcyjnych w związkach organicznych i uczestniczą w wielu procesach utleniania i redukcji.

Kolejnym ważnym makroelementem jest azot - składnik wielu związków organicznych, w tym kwasów nukleinowych, złożonych lipidów budujących błony, barwników oraz wielu organicznych związków o budowie pierścieniowej. Związki azotu są bardzo ważnymi uczestnikami przemian fizykochemicznych zachodzących w organizmach, ich brak u roślin powoduje zahamowanie wzrostu, ograniczenie kwitnienia oraz zahamowanie syntezy chlorofilu (żółknięcie liści). Azot jest także składnikiem wielu alkaloidów, takich jak kofeina, teina, morfina.

Wapń i fosfor to bardzo ważne elementy budowy tkanek kostnych (apatytów) oraz składniki płynów ustrojowych. Wapń jest ponadto odpowiedzialny za proces krzepnięcia krwi, jego niedobory powodują nadpobudliwość tkanki nerwowej i mięśniowej (skurcze). Brak wapnia może wywołać rozkład błon plazmatycznych, a u roślin nieprawidłowy wzrost i zniekształcenie korzeni oraz młodych pędów i liści. Fosfor, pomimo że w organizmie znajduje się w niewielkich ilościach, pełni ważną rolę jako składnik kwasów nukleinowych, nośników wodoru oraz akumulatora i nośnika energii (ATP - adenozynotrifosforan). W sytuacjach niedoboru związków zawierających fosfor następuje zahamowanie syntezy ATP, a tym samym przemian energetycznych komórkach. U roślin brak fosforu powoduje zatrzymanie procesu fotosyntezy prowadzące do zahamowania oddychania, wzrostu korzeni i nadziemnych części rośliny oraz żółknięcie i obumieranie liści.

Kolejnym, oprócz wapnia i fosforu, budulcem kości, jest magnez. Jest on ponadto składnikiem błon komórkowych (zmniejsza ich przepuszczalność), aktywuje enzymy w reakcjach oddychania i fotosyntezy, jest składnikiem chlorofilu oraz rybosomów, którym zapewnia odpowiednią strukturę.

Innymi ważnymi dla organizmów żywych makroelementami są sód i potas. Te jednowartościowe kationy, przez obniżanie lepkości cytoplazmy, działają antagonistycznie do magnezu - zwiększają przepuszczalność błon. Sód i potas działają także pobudzająco na układ nerwowy i mięśniowy. Ze względu na to, iż potas pełni bardzo ważną rolę w mechanizmie otwierania aparatów szparkowych w liściach, jego brak powoduje powstawanie żółtych plam, brunatnienie i obumieranie liści i łodyg.

Chlor pełni w organizmie rolę równoważnika jonowego w płynach ustrojowych. Ponadto wchodzi w skład soków żołądkowych i aktywuje enzym amylazę ślinową - związek niezbędny do hydrolizy skrobi. Chlor, dzięki zdolności do przenikania przez błony erytrocytów, umożliwia usuwanie z organizmu dwutlenku węgla. U roślin chlor najprawdopodobniej bierze udział w procesie fotosyntezy.

Oprócz wymienionych wcześniej, bardzo ważnym makroelementem jest siarka. Wchodzi ona w skład wielu enzymów, na przykład oddechowych, oraz aminokwasów: cysteiny, cystyny i metioniny. Jest ważnym czynnikiem determinującym przestrzenną strukturę białek, a więc i ich aktywność biologiczną. U roślin siarka jest niezbędna do przebiegu fotosyntezy.

Spośród mikroelementów, najważniejszymi dla organizmu są: fluor, budulec szkliwa i kości, którego niedobór zwiększa zagrożenie próchnicą, oraz jod i cynk, wchodzące w skład hormonów. Ponadto u roślin cynk odpowiada za syntezę czynników regulujących wzrost roślin i ich rozwój, a także uczestniczy w przemianach białkowych.

Najważniejszymi ultraelementami są rad, srebro i złoto - niezbędne składniki komórek, których rola nie została jeszcze poznana.

Wymienione pierwiastki pełnią ważną rolę w istnieniu życia na Ziemi. Oprócz tego występują jednak także we wszechświecie. Według teorii Wielkiego Wybuchu (ang. Big Bang), pierwszym trwałym pierwiastkiem we wszechświecie był wodór. W wyniku reakcji jądrowych wszechświat, gęsty i zwarty twór, zaczął się rozszerzać. Przez pierwsze chwile istnienia, stan wszechświata był nieokreślony zgodnie z zasadą Heisenberga (o skupionej na bardzo małym obszarze i w tak krótkim czasie materii niewiele można powiedzieć). Wszechświat zaczął przejawiać znane nam prawa fizyki dopiero po osiągnięciu tzw. wieku Plancka - 10-43 s. Miał on wtedy gęstość 1097 kg/m3 i temperaturę 1032K i bardzo szybko się rozszerzał. Wraz z poszerzaniem się Wszechświata, malała jego temperatura. Umożliwiało to powstawanie cząstek elementarnych oraz niewielkich ilości helu i innych pierwiastków lekkich. Zanim temperatura Wszechświata spadła poniżej 10000K, cząstki materialne (materia barionowa, głównie zjonizowany wodór - proton) oraz promieniowanie, pozostawały w równowadze termodynamicznej. Im niższa była temperatura, tym więcej wodoru przechodziło w stan neutralny, aż w temperaturze 3000K prawie cały wodór był już neutralny. Spowodowało to osłabienie oddziaływania materii (gazu barionowego) z promieniowaniem (gazem fotonów) i systematyczne ochładzanie gazu fotonów do temperatury obserwowanej dziś - 2,7K. Z rozproszonej materii zaczęły tworzyć się większe skupiska, takie jak gwiazdy, galaktyki, gromady galaktyk, mgławice i inne znane obiekty we wszechświecie.

Ze względu na to, iż większa część materii składała się z wodoru, pierwsze powstałe gwiazdy zawierały około 80% tego pierwiastka i 20% helu. W wyniku reakcji termojądrowych powstawały kolejne, cięższe pierwiastki: węgiel i tlen. W wyniku rzadkich wybuchów gwiazd, zwłaszcza tzw. nowych i supernowych, w przestrzeń kosmiczną została emitowana olbrzymia ilość materii o ogromnej energii (ponad miliard słońc), która tworzy nowe gwiazdy i planety. Podczas wybuchów gwiazd następowała również synteza ciężkich pierwiastków z lekkiego wodoru i helu. Kolejne gwiazdy powtarzają ten cykl, tak że Wszechświat wciąż się zmienia.