Nasza planeta zbudowana jest z ogromnej ilości substancji. Substancje te są na ogół dosyć skomplikowane, jednak wszystkie one zbudowane są z mniejszych prostszych kawałków, nazywanych pierwiastkami. Pierwiastki są to natomiast substancje w których skład wchodzą tylko atomy jednego rodzaju. Te poglądy podzielał Boyle (1627 - 1691). Według niego to, że substancje zbudowane są z pierwiastków, a te z kolei z atomów, oznaczało, że nie można ich rozłożyć na elementy prostsze. Jednak stanowisko Boyle'a było zupełnie przeciwne stanowisku ówczesnych chemików. Trwali oni w przekonaniu, zgodnym z myślą przyjętą przez Arystotelesa, iż cały świat i wszystkie ciała, zbudowane są w oparciu o cztery podstawowe żywioły: powietrze, ogień, woda i ziemia. Boyle starał się przekonać ich, iż ich cechy ciał opisujące, czy ciało jest zimne, czy suche nie są do końca obiektywne, a natomiast jego pierwiastki można zbadać znacznie dokładniej i dzięki temu dokładniej poznać właściwości danej substancji.

Określenie pierwiastka po raz pierwszy pojawiło się w opublikowanej prze Boyle'a książce wydanej w 1680, o wdzięcznym tytule "Chemik powątpiewający". Opisała w niej pierwiastek w ten sposób: "aby zapobiec błędom muszę wyjaśnić co rozumiem pod pojęciem pierwiastka... są to pewne substancje proste, przez których połączenie powstają substancje złożone i na które te substancje złożone rozkładają się". W ten sposób uwspółcześniając tą definicję można powiedzieć, iż pierwiastek jest to substancja, której na drodze chemicznej nie da się przekształcić w substancje prostszą. W swojej książce Boyle jednak nie podał, żadnych przykładów pierwiastków. Dopiero w ponad 100 lat później, a dokładniej w 1789 roku Antonie L. Lavoisier w podręczniku własnego autorstwa, zamieścił pierwszą listę pierwiastków, obejmującą 33 pozycje.

Jednak przez bardzo długi okres czasu człowiek nie był w stanie jednoznacznie określić która substancja jest pierwiastkiem, a która nie. Dopiero w roku 1913, osiągnięcia w badaniu mikrostruktury materii, pozwoliły na opracowanie metod stwierdzających czy dana substancja jest pierwiastkiem, czy też nie. Chemia zajmuje się przemianami w których pierwiastki łączą się oraz rozłączają, same natomiast pozostając przy tym niezmienione. Jest to treść zasady niezmienności pierwiastków, mówiące o tym, iż we wszelkich przemianach chemicznych, pierwiastki ulegają przechodzeniu z jednych substancji do drugich, jednakże same pozostają nie zmienione. Przykładami pierwiastków są azot, tlen, żelazo, rtęć, wapno. W dniu dzisiejszym jest ich znanych 112, jednak nie wszystkie z nich występują w przyrodzie, bowiem 90 z nich, a niektóre tylko w ilościach śladowych.

Na początku XIX wieku, w 1804 roku, J.Dalton (1766-1844), ogłosił hipotezę dotyczącą budowy materii, pozwalającą wyjaśnić wiele przemian i praw chemicznych. Hipoteza ta zakładała, że cała materia zbudowana jest z atomów. O ile późniejsze badania udoskonalały ową hipotezę, poprawiając wiele jej aspektów, jednak jej pierwotny sens chemiczny pozostał niezmieniony.

Teorię zakładającą atomistyczną budowę materii, można zasadniczo przedstawić w siedmiu postulatach:

1. - Pierwiastki chemiczne zbudowane są z atomów - małych chemicznych cząstek. Atomy jednego pierwiastka, mają te same właściwości chemiczne.

Określenie "właściwości chemiczne" określał przede wszystkim możliwości do łączenia się atomów tego samego pierwiastka, tworząc nowe substancje, o ustalonym składzie, czy wchodząc w różnego rodzaju reakcje chemiczne z innymi związkami. Dalsze badania nad materią wykazały, że możliwe w przyrodzie jest istnienie różnych odmian tego samego pierwiastka, tak zwanych izotopów, w których atomy tego samego pierwiastka różnią się od siebie liczbą neutronów, ale mają te same właściwości chemiczne. To wymusiło podanie nowej definicji określającej atomy danego pierwiastka. Definicja to może się opierać na stwierdzeniu iż atomy tego samego pierwiastka, powinny mieć tą samą liczbę protonów w jądrze atomowym, a co za tym idzie jądra o identycznym ładunku elektrycznym.

2. - Atomy, różnych pierwiastków, mają inne właściwości fizyczne i chemiczne. Tyle samo jest atomów, ile jest pierwiastków, o ustalonych odrębnych właściwościach fizycznych i chemicznych.

Ten postulat także można zanegować, ponieważ biorąc pod uwagę istnienie izotopów, liczba atomów jest większa od liczby pierwiastków. Większość pierwiastków ma kilka odmian izotopowych. Dalsze badania nad strukturą atomu, ukazały jego kolejne stopnie złożenia - to, że jest zbudowany z elektronów, protonów i neutronów. Jednakże składniki te mają już zupełnie inne właściwości chemiczne i fizyczne. Atom, nadal pozostaje najmniejszym składnikiem pierwiastka, zachowującym jeszcze jego właściwości.

3. - Dany atom pierwiastka, nie może ulec przemianie na drodze chemicznej w inny atom.

Na początku, twierdzono, iż atom w żadnych warunkach nie może ulec przekształceniu w inny atom. Jednak dalsze badania na gruncie fizyki jądrowej, ukazały tą możliwość w reakcjach jądrowych. Jednak ogólne brzmienie tego postulatu nadal jest prawdziwe, ponieważ nie udało się dotąd przemienić atomu w inny atom, na drodze przemian chemicznych.

4. - Pierwiastki łącząc się z innymi pierwiastkami, budując nowe związki chemiczne, powoduje łączenie się atomów w tak zwane cząsteczki.

Reakcja łączenia pierwiastków nazywa się syntezą i jej ogólny przebieg ma postać:

1 atom A + 1 atom B → 1 cząsteczka AB

Powstała cząsteczka AB, jest najprostszym przykładem związku, związku złożonego z dwóch rodzajów atomów A i B. Przykładem z życia wziętym tutaj może być sól kuchenna, która jest połączeniem sodu Na, i chloru Cl, w wyniku czego mamy związek o nazwie chlorek sodu NaCl. Dzisiejsze metody naukowe potrafią opisać wszelkie parametry cząsteczek, takie jak wymiary, masę, które to umożliwiają tworzenie ich przestrzennych modeli. Oczywiście cząsteczka AB złożona z 1 atomu A i jednego atomu B, nie jest jedyną możliwą kombinacją dwóch pierwiastków. W wyniku reakcji chemicznej mogą powstać także cząsteczki złożone z 1 atomu A i 2 atomów B - AB2, 2 atomów A i 3 atomów B - A2B3, itd.. Dokładając kolejne atomy do cząsteczki, zwiększamy różnorodność związków jakie możemy stworzyć. Przykładem cząsteczki typu AB2 jest dwutlenek węgla, który nieustannie wydychamy ze swoich płuc, a którego cząsteczka jest złożona z 1 atomu węgla (C) i 2 atomów tlenu (O), co daje CO2. Woda, bez której niemożliwe byłoby życie na naszej planecie to związek chemiczny typu A2B, złożony z 2 atomów wodoru (H) i 1 atomu tlenu (O) - H2O. Natomiast przykładem cząsteczki A2B3, jest trójtlenek azotu, złożony z 2 atomów azotu (N) i 3 atomów tlenu (O) - N2O3.

5. - Związek chemiczny to zbiór identycznych cząsteczek. Każda taka cząsteczka, ma identyczną liczbę tych samych atomów, i te same właściwości chemiczne.

W tym wypadku pod określeniem "właściwości chemiczne" stoją zdolności (lub ich brak) związku chemicznego do wchodzenia w różnego rodzaju rekcje, przy zadanych warunkach takich jak temperatura, z innymi związkami chemicznymi. Dotyczy to także sposobu w jaki ze sobą reagują, oraz przebieg rozpadu na składniki prostsze.

6. - Związek chemiczny ulega rozłożeniu na pierwiastki, poprzez rozpad cząsteczek na pojedyncze atomy. Proces ten może być jednorazowy:

Dla cząsteczki dwuatomowej:

AB → A + B

Dla cząsteczki trójatomowej:

ABC → A+B+C

Ale także może przebiegać w kilku etapach:

ABC → AB + C

AB → A+B

Ostatnia reakcja, nie jest reakcją jednorazową, każdy jej etap należy przeprowadzić w innych warunkach, przy użyciu innych czynników rozkładających.

7. - Atomy tego samego pierwiastka, mogę połączyć się, tworząc w ten sposób cząsteczki.

Określone pierwiastki, mogą się w ten sposób zachowywać, iż ich atomy będą łączyć się ze sobą tworząc w ten sposób cząsteczki dwuatomowe A2, trójatomowe A3, itp.. Jest to cecha charakterystyczna dla atomów pierwiastków niemetalicznych. Najbliższe przykłady znajdują się wokół nas. Gazy znajdujące się w powietrzu występują jako cząsteczki dwuatomowe. Tlen występuje pod postacią cząsteczek O2, podobnie azot - N2. Tlen dodatkowo może także tworzyć cząsteczki trójatomowe - O3, który wszyscy znamy pod nazwą ozon. Większe cząsteczki tworzy fosfor - P4, a także siarka S8. Pierwiastki, których cząsteczki mogą mieć różne liczby atomów, określane są mianem pierwiastków alotropowych, i poszczególne ich odmiany odróżniają się od siebie właściwościami fizycznymi. Wszystkie natomiast cząsteczki rozpadają się do pojedynczych atomów w przypadku znajdowania się pod działaniem wysokiej temperatury - tysięcy stopni.

Każda cząstka zawiera pewną stałą ilość atomów każdego pierwiastka. W cząsteczce AB, jest pewna określona nie zmieniająca się liczba atomów pierwiastka A i także pewna określona stała liczba atomów pierwiastka B. Obie te liczby są liczbami całkowitymi. W ten sposób cały zbiór identycznych cząsteczek będzie miał taki sam skład ilościowy jak pojedyncza cząsteczka. Teoria atomistyczna określa tą sytuacją mianem stałości układu. Przewiduje ona także istnienie reakcji wymiany w postaci:

Reakcja wymiany pojedynczej:

A+BC → AB+C

Z której wynika, iż w czasie reakcji atomu A z cząsteczką BC, został uwolniony atom C, a pozostałe elementy utworzyły nową cząsteczkę AB.

Reakcja wymiany podwójnej:

AB+CD → AC+BD

W ten sposób uogólniając, można stwierdzić, że wszelkie rodzaje przemian chemicznych, to nic innego jak tylko przemieszczanie i grupowanie atomów pojedynczych pierwiastków. Atom to najmniejsza część materii, która w trakcie przemian i reakcji chemicznych zachowuje swoją pierwotną strukturę.