Υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός πιθανών χημικών ουσιών. Οι εκτιμήσεις κυμαίνονται από 1018 έως 10200. Για σύγκριση, ο αριθμός των κόκκων άμμου στη Γη είναι περίπου 7.5 x 1018, ο αριθμός των σωματιδίων στο σύμπαν είναι μεταξύ 1072 και 1087. Σαφώς, αν υπάρχουν πραγματικά περισσότερα χημικά από αυτό, τότε όχι ο καθένας ακόμη και φυσικά υπάρχει στο σύμπαν. Η πιο άφθονη ένωση στο σύμπαν, μακράν, είναι το διατομικό υδρογόνο (Η2) ούτως ή άλλως.
Από τα 117 γνωστά στοιχεία, μόνο τα 94 βρίσκονται φυσικά, και επτά από αυτά είναι ευγενή αέρια, τα οποία σχηματίζουν ενώσεις μόνο κάτω από πολύ ασυνήθιστες συνθήκες, όπως όταν εκτίθενται σε βομβαρδισμό ηλεκτρονίων. Αυτό αφήνει 87 επιπλέον στοιχεία για να σχηματίσουν χημικές ενώσεις, και τα περισσότερα από αυτά δεν σχηματίζουν πολλά, ούτε είναι πολύ άφθονα.
Τα πιο άφθονα στοιχεία στο σύμπαν είναι το υδρογόνο (74%), το ήλιο (24%), το οξυγόνο (10%), ο άνθρακας (0.46%), το νέο (0.13%), ο σίδηρος (0.1%) και το άζωτο (0.1%). . Το ήλιο και το νέον είναι ευγενή αέρια και δεν συνδέονται με τίποτα. Ο σίδηρος κυρίως κλειδώνεται σε οξείδιο του σιδήρου (σκουριά). Τα άλλα — άνθρακας, υδρογόνο, οξυγόνο και άζωτο — είναι γνωστά με το ακρωνύμιο CHON και μαζί με τον φώσφορο και το θείο, αποτελούν το 99% όλων των ζωντανών οργανισμών και περισσότερο από το 99% όλων των χημικών ενώσεων. Αυτές ονομάζονται βιολογικές ενώσεις.
Οι βιολογικές ενώσεις μπορούν να σχηματιστούν σε μακριές αλυσίδες με τρόπους που δεν μπορούν οι ανόργανες ενώσεις. Αυτές οι ενώσεις μπορεί να έχουν μήκος δισεκατομμυρίων ατόμων, στην περίπτωση βιοπολυμερών όπως το DNA. Αυτά τα μόρια μπορεί να έχουν μικροσκοπικές διαφορές σε λίγα μόνο άτομα, όπως το γενετικό υλικό πανομοιότυπων διδύμων που έχουν ελαφρές μεταλλάξεις λόγω σφαλμάτων αντιγραφής ή έκθεσης σε ακτινοβολία. Αυτό παράγει σχεδόν απεριόριστο αριθμό παραλλαγών.
Το 2005, μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο της Βέρνης, στην Ελβετία, προσπάθησε να προσδιορίσει τον συνολικό αριθμό σταθερών ενώσεων με έως και έντεκα άτομα μόνο άνθρακα, υδρογόνου, οξυγόνου, αζώτου και φθορίου. Ο αριθμός τους ήταν λίγο κάτω από τα 18 δισεκατομμύρια, αλλά μια μεταγενέστερη ανάλυση διαπίστωσε ότι αγνόησαν πολλές κοινές χημικές ουσίες, συμπεριλαμβανομένων πολλών που μπορούσαν εύκολα να παραγγελθούν στο διαδίκτυο, και ο αριθμός μπορεί να ήταν χαμηλός έως και τρεις τάξεις μεγέθους. Ακόμη και αν κοιτάξουμε μόνο μικρές χημικές ουσίες, εξακολουθεί να υπάρχει ένας απολύτως τεράστιος αριθμός παραλλαγών.