Chemia zajmuje się składnikami, strukturą i własnościami związków chemicznych. Istnieje ich wiele tysięcy, jednakie wszystkie one złożone są z trzech podstawowych komponentów - neutronów, protonów i elektronów.

Budowa materii była wielką zagadką aż do siedemnastego wieku. Większość ówczesnych badaczy znajdowała się pod wpływem pochodzącej jeszcze z piątego wieku przed naszą erą teorii greckiego filozofa Empedoklesa, który twierdził, że wszystkie substancje są kombinacjami czterech żywiołów albo inaczej pierwiastków - powietrza, wody, ziemi i ognia. Teoria ta była w ciągu stuleci przyczyną wielu nieporozumień. Wysnuto z niej przykładowo pogląd, że zmiany substancji wrzuconej do ognia biorą się stąd, że pewna ilość tego pierwiastka wniknęła do substancji.

Lecz w 1661 roku termin „pierwiastek" otrzymał nowe znaczenie. Wtedy to Irlandczyk Robert Boyle stwierdził, że istnieje wiele prostych substancji, kombinacją których są te bardziej złożone. Boyle nazwał te proste substancje pierwiastkami - podstawowymi budulcami materii zdefiniował je jako substancje, które nie mogą być rozdzielone na składniki za pomocą procesów chemicznych.

Teoria Boyle'a pchnęła innych naukowców do poszukiwań pierwiastków. W ciągu stu lat zidentyfikowano 27 z nich, a chemicy zdołali zrozumieć wiele rodzajów reakcji chemicznych. Chyba największym z tych wczesnych chemików był Francuz Antoine Lavoisier. Stwierdził eksperymentalnie, że substancje zyskują na masie po spaleniu i w ten sposób zdobył pewność, że muszą zatem reagować z jakimś ze składników powietrza. Gdy w 1774 roku Anglik Joseph Priestley odkrył tlen, Lavoisier zrozumiał, że to właśnie jest ów składnik powietrza reagujący z innymi substancjami podczas spalania. Dzięki swoim pionierskim badaniom nad przebiegiem podstawowych reakcji chemicznych Lavoisier zyskał miano „ojca współczesnej chemii". W dziewiętnastym wieku stało się jasne, że różne pierwiastki miewają podobne właściwości chemiczne, stąd uczeni zaczęli dzielić je na grupy. Wiadomo było, że pierwiastki składają się z charakterystycznych dla nich atomów, a atomy różnych pierwiastków mają różne masy. Jedną z oczywistych metod sklasyfikowania pierwiastków było więc ułożenie ich w porządku mas atomowych. W 1863 roku angielski chemik John Newlands stwierdził, że jeżeli ułożyć w ten sposób pierwiastki, to te o podobnych własnościach pojawiają się w tym ciągu w regularnych odstępach. Na przykład trzeci pierwiastek - lit - ma własności podobne do pierwiastka jedenastego, czyli sodu i dziewiętnastego - potasu. Podobnie własności innych pierwiastków powtarzały się co osiem miejsc w tym szeregu. Na tej podstawie Newlands wymyślił tablicę pierwiastków, w której ułożono je w osiem kolumn w porządku wzrastających mas atomowych. Niestety, ta prosta zasada nie sprawdzała się dla wszystkich znanych podówczas pierwiastków, a prace New-landsa nie spotkały się z większym uznaniem innych uczonych.