Chimia moleculară este chimia moleculelor, care acoperă cea mai mare parte a chimiei în ansamblu. Moleculele sunt formate din diverse combinații de atomi, elementele fundamentale ale tuturor lucrurilor din jurul nostru. Există 92 de elemente care apar în mod natural pe Pământ, în plus față de 25 de elemente artificiale, care sunt create în cantități mici în acceleratoarele de particule și reactoarele nucleare. Din cele 92 de elemente naturale, diverse aranjamente de 12 alcătuiesc 99% din toate rocile și solul, în timp ce aranjamentele de 5 alcătuiesc 99.97% din atmosferă. Alte elemente se găsesc în urme, de obicei o parte per milion sau mai puțin.
Fundamentele chimiei moleculare se bazează pe calitățile atomilor numite valență. Fiecare atom este format din particule mici numite electroni care orbitează în jurul unui nucleu format din particule numite protoni și neutroni. Acești electroni orbita sunt „cochilii” desemnate de legile fizicii – primul înveliș are o capacitate de doi electroni, al doilea are o capacitate de 6, al treilea 10, al patrulea 14, al cincilea 18, al șaselea 22 și al șaptelea 26.
Dacă un atom are „prea puțini” electroni, astfel încât învelișul său de electroni cel mai extern (cunoscut și ca orbital) are mai mult sau mai puțin de opt electroni, „dorește” fie să scape de electroni, fie să-i câștige prin legarea cu un alt atom. Tendința de a „dori” opt electroni în învelișul cel mai exterior, același număr ca cel găsit în gazele nobile precum heliul (cele mai stabile elemente), se numește regula octetului, un fapt de bază al chimiei moleculare. Aceste forțe sunt dictate de legile electromagnetismului.
Pentru a vizualiza chimia moleculară, iată un exemplu. O moleculă comună este sarea, NaCl sau clorura de sodiu. Sarea este formată din doi atomi legați unul de celălalt într-o legătură atomică. Învelișul de electroni exterior al sodiului are doar un electron, dar are o capacitate de zece. Învelișul exterior al clorului are șapte electroni, dar o capacitate de zece. Când cei doi se leagă împreună, primesc opt electroni în învelișul lor colectiv cel mai exterioară, îndeplinind regula octetului. Regula octetului este îndeplinită în nenumărate molecule. Aceste legături pot fi reprezentate cu ușurință în imagini folosind diagrame cu puncte Lewis.
Când atomii se combină împreună în structuri stabile, formează molecule, care sunt numite și compuși. Compușii puri sau amestecurile de compuși cu proprietăți uniforme se numesc substanță. Compușii dintr-o substanță pot interacționa cu alți compuși, dând naștere unor situații numite reacții chimice. Reacțiile chimice au loc în mod constant în jurul nostru, în special în corpurile noastre, care sunt adevărate cazane de reacții chimice. Când mâncăm alimente, este pentru a furniza corpului nostru molecule care pot suferi reacții chimice pentru a elibera energie pentru funcționarea sa.