Unsur kimia
Ketika unsur yang berbeda bergabung secara kimia, dengan atom-atom yang terikat melalui ikatan kimia, mereka membentuk senyawa kimia. Hanya sedikit unsur yang ditemukan tak berikatan sebagai mineral murni. Unsur alami semacam ini di antaranya adalah tembaga, perak, emas, karbon (sebagai batu bara, grafit, atau intan), dan belerang. Semua unsur, kecuali yang sangat inert seperti gas mulia dan logam mulia, biasanya ditemukan di bumi dalam bentuk gabungan kimianya, sebagai senyawa kimia. Sementara sekitar 32 unsur kimia yang ada di bumi dalam bentuk alami tak tergabung, sebagian besar berada sebagai campuran. Misalnya, udara atmosfer campuran utamanya adalah nitrogen, oksigen, dan argon, sementara unsur padat alami terjadi dalam logam paduan, seperti pada besi dan nikel.
Kimia organik fisik
Banyak aspek terkait hubungan reaktivitas-struktur dalam kimia organik dapat dirasionalisasi melalui resonansi, elektron yang mendorong, induksi, aturan delapan elektron, dan hibridisasi orbital, tapi ini hanya formalisme yang membantu dan tidak mewakili realitas fisik. Karena keterbatasan ini, pemahaman sejati kimia organik fisik memerlukan pendekatan yang lebih ketat yang didasarkan pada fisika partikel. Kimia kuantum menyediakan kerangka teoretis yang ketat yang mampu memprediksi sifat molekul melalui perhitungan struktur elektronik molekul, dan telah menjadi alat yang tersedia dalam kimia organik fisik dalam bentuk paket perangkat lunak populer. Kekuatan kimia kuantum dibangun di atas model gelombang atom, di mana nukleus inti atom adalah bola bermuatan sangat kecil yang dikelilingi oleh awan elektron yang menyebar. Partikel didefinisikan oleh fungsi gelombang, sebuah persamaan yang berisi semua informasi yang terkait dengan partikel tersebut. Semua informasi tentang sistem terkandung dalam fungsi gelombang. Informasi ini diambil dari fungsi gelombang melalui penggunaan operator matematika.