人类在解决温饱问题后开始了物质的探索，万物的组成是部分哲学家，思想家热衷的问题，同时，也推动了化学发展。
万物的组成的部分，用元素来表达。
元素的观念最早表述在希腊哲学家的学说中。米利都派哲学家泰勒斯主张万物由水组成；赫拉克利特认为万物由火组成；阿那克西米尼认为万物由空气组成。空气变得稀薄后就成了火。他的论证是，空气从嘴里呼出来是热的，而在压力下喷出来时则感到是冷的。同样，通过凝聚的过程，气先是变成水，然后变成土。这些元素之间的差异只是量变的结果，元素只是凝聚或稀薄到不同程度的空气。恩培多克勒是系统提出这一学说的第一个人。他认为万物由四种物质元素土、气、水、火组成，这种元素是永恒存在的，由另外两种抽象元素爱和恨使他们连结或分离。他还引入了使它们结合与分离的两种力量：吸引与排斥。
而现在广为人知的四元素说则是后来亚里士多德提出的，他对上述理论进行了总结，并衍生出更新颖的看法。他认为这四种元素具有可被人感觉的两两对立的性质。进而推论世界上的万物的本原乃是四种原始性质：冷、热、干、湿，而元素则由这些原始性质依不同比例组合而成。
古典时期，人们了解了一些简单的化学物质，进行合金的加工，提纯等化学操作。尽管如此，却只是实践，他们的知识是经验性的。古希腊的哲学思想在亚历山大里亚融合了许多东方的神秘主义因素，柏拉图学说已经变成新柏拉图主义，希腊哲学堕落为神秘主义，在这种物质的性质的理论观点影响下，化学的各种技艺成为圣术。大量的可靠而实用的化学知识由此产生。
后来占星学的研究和化学的研究，在“交感”的基础上把金属与行星进行联系。并且在一次次的实验中发现了气体。
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