Toda a matéria do universo é composta de átomos de mais de 100 diferentes elementos químicos , que se encontram tanto na forma pura como combinados em compostos químicos . Uma amostra de qualquer elemento puro é composta apenas pelos átomos característicos desse elemento, e os átomos de cada elemento são únicos. Por exemplo, os átomos que constituem o carbono são diferentes daqueles que constituem o ferro , que por sua vez são diferentes dos do ouro . Cada elemento é designado por um símbolo único que consiste em uma, duas ou três letras decorrentes do nome do elemento atual ou de seu nome original (geralmente latino). Por exemplo, os símbolos para carbono, hidrogênio e oxigênio são simplesmente C, H e O, respectivamente. O símbolo do ferro é Fe, do seu nome original em latim ferrum . O princípio fundamental da ciência da química é que os átomos de diferentes elementos podem combinar-se entre si para formar compostos químicos.
O metano , por exemplo, que é formado a partir dos elementos carbono e hidrogênio na proporção de quatro átomos de hidrogênio para cada átomo de carbono, é conhecido por conter moléculas distintas de CH4 . A fórmula de um composto – como CH 4 – indica os tipos de átomos presentes, com subscritos representando os números relativos de átomos (embora o numeral 1 nunca seja escrito).