离子是带电的原子或原子团。当原子或原子团失去或获得一个或多个电子时，它们会变成带电的粒子，这些粒子被称为离子。电子的得失过程称为电离，而电离过程的能量变化可以通过电离能来量化。如果原子或原子团获得电子，它们会形成阴离子；如果失去电子，则会形成阳离子。虽然原子团包含多个原子，因此它们的质量和体积通常比构成它们的原子大，但这并不意味着原子团一定比原子大。在原子中，质子数等于电子数，因此不显示电性；而常见的原子团通常带有正或负电荷，因为它们的质子总数和电子总数通常不相等。
常见的原子团包括氢氧根（OH-）、硝酸根（NO3-）、碳酸根（CO3 2-）、硫酸根（SO4 2-）、亚硫酸根（SO32-）、氯酸根（ClO3-）、磷酸根（PO4 3-）、碳酸氢根（HCO3-）、铵根（NH4+）、高锰酸根（MnO4-）和锰酸根（MnO4 2-）。原子团并不在所有化学反应中都保持不变。例如，在用KClO3制取O2的反应中，氯酸根发生了变化。原子团的整体化合价通常等于其所带电荷的数值，且正负相同。例如，硫酸根（SO4 2-）在组成化合物时显示-2价。
原子是化学变化中的最小微粒，它们也是构成物质的基本单元，包括非金属单质（如金刚石、石墨）、金属单质（如铁、汞）和稀有气体。原子不断运动，尽管它们体积很小，但具有一定的质量。关于原子的概念可以追溯到公元前5世纪，但直到19世纪初，化学家道尔顿才基于实验事实和逻辑推导，在1803年提出了科学的原子论。
分子是保持物质化学性质的最小粒子。每个分子与其所构成的物质具有相同的化学性质，但无法保持物质的物理性质，因为这些性质是大量分子聚集后表现出的宏观现象。分子的性质包括：质量和体积都很小；总是不断运动，温度越高，运动越快；分子之间存在间隔，这解释了气体易于压缩和混合液体体积减小的现象；同种物质的分子性质相同，而不同物质的分子性质不同。例如，水和冰虽然由不同状态的水分子构成，但它们具有相同的分子性质，因此都能解渴。
