Đơn vị nhỏ nhất của vật chất là nguyên tử. Vào thế kỷ thứ năm trước Công nguyên, Democritus đề xuất rằng vật chất chỉ có thể được cắt nhỏ đến một điểm nhất định. Khi đó, hạt nhỏ nhất đó vẫn giữ nguyên tính chất của chất đó.
Vào đầu thế kỷ 19, John Dalton đã phát hiện ra rằng mỗi loại hóa chất được gọi là một nguyên tố bao gồm cùng một loại nguyên tử. Dalton cũng phát hiện ra rằng các hợp chất, bao gồm hai hoặc nhiều loại nguyên tố, chứa tỷ lệ chính xác của các nguyên tử khác nhau.
Vật chất có thể tồn tại ở một số trạng thái: rắn, lỏng, khí hoặc plasma. Trong một chất rắn, các nguyên tử bị co lại trong một không gian chật hẹp và không thể di chuyển xung quanh nhiều; trong một chất khí, các nguyên tử di chuyển khá tự do trong không gian. Những thay đổi về nhiệt hoặc áp suất có thể thay đổi vật chất từ trạng thái này sang trạng thái khác.
