解释为什么不同的物质有不同的颜色、状态、密度、气味，为什么不同的物质暴露在空气中有不同的反应，等等。这些努力，使得古人对自然以及基础的化学原理有了初步的认知。通常这些理论认为物质由一些基本的元素构成，例如水、空气、土、火、光，以及更加抽象的如能量、意识、以太等等。例如，在古希腊、古印度以及玛雅文化中都认为水、土、火、气是基本的元素，在中国则有五行说，认为金、木、水、火、土为基本的元素。而关于物质结构的原子论，最早可以追溯到古希腊和古印度。 古希腊的原子论可以追溯到公元前440年。公元前50年，由罗马人卢克莱