Kimia sering disebut sebagai "ilmu pusat" karena
menghubungkan berbagai ilmu lain, seperti fisika, ilmu bahan, nanoteknologi,
biologi, farmasi, kedokteran, bioinformatika, dan geologi [1]. Koneksi ini
timbul melalui berbagai subdisiplin yang memanfaatkan konsep-konsep dari
berbagai disiplin ilmu. Sebagai contoh, kimia fisik melibatkan penerapan
prinsip-prinsip fisika terhadap materi pada tingkat atom dan molekul.
Kimia berhubungan dengan interaksi materi yang dapat
melibatkan dua zat atau antara materi dan energi, terutama dalam hubungannya
dengan hukum pertama termodinamika. Kimia tradisional melibatkan interaksi
antara zat kimia dalam reaksi kimia, yang mengubah satu atau lebih zat menjadi
satu atau lebih zat lain. Kadang reaksi ini digerakkan oleh pertimbangan
entalpi, seperti ketika dua zat berentalpi tinggi seperti hidrogen dan oksigen
elemental bereaksi membentuk air, zat dengan entalpi lebih rendah. Reaksi kimia
dapat difasilitasi dengan suatu katalis, yang umumnya merupakan zat kimia lain
yang terlibat dalam media reaksi tapi tidak dikonsumsi (contohnya adalah asam
sulfat yang mengkatalisasi elektrolisis air) atau fenomena immaterial (seperti
radiasi elektromagnet dalam reaksi fotokimia). Kimia tradisional juga menangani
analisis zat kimia, baik di dalam maupun di luar suatu reaksi, seperti dalam
spektroskopi.
Semua materi normal terdiri dari atom atau komponen-komponen
subatom yang membentuk atom; proton, elektron, dan neutron. Atom dapat
dikombinasikan untuk menghasilkan bentuk materi yang lebih kompleks seperti
ion, molekul, atau kristal. Struktur dunia yang kita jalani sehari-hari dan
sifat materi yang berinteraksi dengan kita ditentukan oleh sifat zat-zat kimia
dan interaksi antar mereka. Baja lebih keras dari besi karena atom-atomnya
terikat dalam struktur kristal yang lebih kaku. Kayu terbakar atau mengalami
oksidasi cepat karena ia dapat bereaksi secara spontan dengan oksigen pada
suatu reaksi kimia jika berada di atas suatu suhu tertentu.
Zat cenderung diklasifikasikan berdasarkan energi, fase,
atau komposisi kimianya. Materi dapat digolongkan dalam 4 fase, urutan dari
yang memiliki energi paling rendah adalah padat, cair, gas, dan plasma. Dari
keempat jenis fase ini, fase plasma hanya dapat ditemui di luar angkasa yang
berupa bintang, karena kebutuhan energinya yang teramat besar. Zat padat
memiliki struktur tetap pada suhu kamar yang dapat melawan gravitasi atau gaya
lemah lain yang mencoba mengubahnya. Zat cair memiliki ikatan yang terbatas,
tanpa struktur, dan akan mengalir bersama gravitasi. Gas tidak memiliki ikatan
dan bertindak sebagai partikel bebas. Sementara itu, plasma hanya terdiri dari
ion-ion yang bergerak bebas; pasokan energi yang berlebih mencegah ion-ion ini
bersatu menjadi partikel unsur. Satu cara untuk membedakan ketiga fase pertama
adalah dengan volume dan bentuknya: kasarnya, zat padat memeliki volume dan
bentuk yang tetap, zat cair memiliki volume tetap tapi tanpa bentuk yang tetap,
sedangkan gas tidak memiliki baik volume ataupun bentuk yang tetap.
Air yang dipanaskan akan berubah fase menjadi uap air.
Air (H2O) berbentuk cairan dalam suhu kamar karena
molekul-molekulnya terikat oleh gaya antarmolekul yang disebut ikatan Hidrogen.
Di sisi lain, hidrogen sulfida (H2S) berbentuk gas pada suhu kamar dan tekanan
standar, karena molekul-molekulnya terikat dengan interaksi dwikutub (dipole)
yang lebih lemah. Ikatan hidrogen pada air memiliki cukup energi untuk
mempertahankan molekul air untuk tidak terpisah satu sama lain, tapi tidak
untuk mengalir, yang menjadikannya berwujud cairan dalam suhu antara 0 °C
sampai 100 °C pada permukaan laut. Menurunkan suhu atau energi lebih lanjut
mengizinkan organisasi bentuk yang lebih erat, menghasilkan suatu zat padat,
dan melepaskan energi. Peningkatan energi akan mencairkan es walaupun suhu
tidak akan berubah sampai semua es cair. Peningkatan suhu air pada gilirannya
akan menyebabkannya mendidih (lihat panas penguapan) sewaktu terdapat cukup
energi untuk mengatasi gaya tarik antarmolekul dan selanjutnya memungkinkan
molekul untuk bergerak menjauhi satu sama lain.
Ilmuwan yang mempelajari kimia sering disebut kimiawan.
Sebagian besar kimiawan melakukan spesialisasi dalam satu atau lebih
subdisiplin. Kimia yang diajarkan pada sekolah menengah sering disebut
"kimia umum" dan ditujukan sebagai pengantar terhadap banyak
konsep-konsep dasar dan untuk memberikan pelajar alat untuk melanjutkan ke
subjek lanjutannya. Banyak konsep yang dipresentasikan pada tingkat ini sering
dianggap tak lengkap dan tidak akurat secara teknis. Walaupun demikian, hal
tersebut merupakan alat yang luar biasa. Kimiawan secara reguler menggunakan
alat dan penjelasan yang sederhana dan elegan ini dalam karya mereka, karena
terbukti mampu secara akurat membuat model reaktivitas kimia yang sangat
bervariasi.
