• Les philosophes s'imaginaient des explications aux phénomènes naturels, mais ils les vérifiaient rarement par expérimentation.
• Empédocle à supposer que la matière est faite de quatre éléments, le feu, l'air, la terre et l'eau; ces éléments peuvent se combiner pour faire des substances variés.
• Démocrite suggère que la matière est faite de particules appelées « atomes ». Ce savant philosophe proposa que la matière était constituée de particules infiniment petites et indivisibles. Toutes substances étaient faites de ces particules qui ne diffèrent que par leur forme, la nature de leur mouvement et leur taille relative. Entre ces particules existait un espace vide.

Les alchimistes antiques se préoccupaient de métallurgie et de pharmacie. Ils pouvaient croire que les métaux poussaient comme des plantes, et proposaient habituellement des explications et des recettes mystiques ou magiques. Des inventions telles que le bain-marie datent de cette époque. L'alchimie était un art à la fois estimé et dangereux.

Les alchimistes médiévaux ont mis au point plusieurs techniques et pièces d'équipement de laboratoire telles que les béchers, les filtres et les alambics. Ils étaient particulièrement intéressés à la transmutation de métaux communs en métaux précieux. Étant donné l'aspect commercial de leur travail, les alchimistes médiévaux gardaient secrètes leurs découvertes et utilisaient des codes indéchiffrables.

Lavoisier est considéré comme le père de la chimie moderne, car il met sur pied des procédures d'observation et d'expérimentation rigoureuses. Avant lui, Boyle avait déjà exprimé son scepticisme face à l'idée des quatre éléments d'Empédocle et il propose une nouvelle définition d’« élément »; Lavoisier réussit à identifier 23 de ces vrais éléments tels que l'oxygène. La chimie moderne prend son essor. On lui attribue, à tort, loi de la conservation de la masse : " rien ne se perd, rien ne se crée".

Dalton propose une théorie atomique qui permet de distinguer les particules et les substances.

1) Toute matière est constituée de petites particules appelées « atomes ».

2) Les atomes ne peuvent être créés, détruits ou divisés en plus petites particules.

3) Les atomes du même élément sont identiques, mais différents des atomes des autres éléments.

4) Un composé est créé lorsque se combinent, en proportions définies, des atomes de différents éléments.

Sa théorie devient très populaire car elle explique les composés. Dalton classe les éléments selon leur masse.

Quand deux éléments ne donnent naissance qu'à un seul composé, Dalton retient l'explication la plus simple, autrement dit la combinaison binaire : le soufre et le calcium se combinent dans un rapport 55.6 et 44.4 %. Dalton suppose, puisque la combinaison se fait atome par atome.

À la fin des années 1800 et au début des années 1900 des études sur la radioactivité (Roëntgen, Becquerel, Curie) mènent Rutherford à découvrir le noyau et à déduire l'existence des neutrons.

1) Le minuscule noyau contient les protons qui sont denses, lourds et positifs.

2) Un nuage électronique d’un très grand volume, mais très léger, entoure le noyau de l'atome; il est chargé négativement.

3) Les neutrons sont sans charge, mais ils ajoutent une importante masse au noyau; en effet, un neutron aurait une masse à peu près égale à celle d'un proton.

Ce ne sera que pendant les années 1930 que l'existence des neutrons sera confirmée par d'autres chimistes et physiciens.

Bohr s'inspire du travail de plusieurs scientifiques pour expliquer pourquoi les électrons ne se précipitent pas vers le noyau (puisque toute charge négative est attirée par une charge positive).

Bohr propose une analogie entre le système solaire et l'atome : les électrons sont attirés vers le centre, mais ils possèdent une forte énergie et donc sont en perpétuel mouvement autour du noyau.

Il existe des couches électroniques (« niveaux d'énergie » ou « orbites ») où circulent les électrons. Des contraintes physiques limitent le nombre d'électrons dans chaque couche.

Le modèle « planétaire » Bohr-Rutherford de l'atome a depuis été modifié, mais il représente la première vision « moderne » de l'atome.

Les travaux de Planck, d'Einstein, de Bohr, de Schrödinger et de bien d'autres au XXe siècle ont culminé dans la théorie de la mécanique quantique, c'est-à-dire que l'énergie est elle aussi particulaire.

Le modèle quantique de l'atome est assez compliqué, mais il n'enlève pas au modèle Bohr-Rutherford son utilité pour comprendre le comportement des atomes et des molécules.

De nombreuses autres particules subatomiques ont été découvertes au cours des années 1900, et on sait maintenant que les protons, les neutrons et les électrons sont à leur tour constitués d'infinitésimales particules appelées « quarks ».