Mặc dù những thay đổi vật lý và hóa học đều có thể dẫn đến sự thay đổi trạng thái, chẳng hạn như từ lỏng sang khí hoặc rắn, hai quá trình này hoàn toàn khác nhau. Trong một sự thay đổi vật lý, vật chất chỉ đơn giản trải qua thay đổi trạng thái, chẳng hạn như do đóng băng hoặc bị hòa tan trong nước.
Tuy nhiên, các phân tử thực tế trong chất vẫn giống hệt nhau về mặt hóa học bất chấp sự thay đổi này. Điều này ngược lại với sự thay đổi hóa học, trong đó các phân tử trải qua một phản ứng hóa học tạo thành các chất hóa học mới. Quá trình này không thể đảo ngược, vì cấu trúc hóa học thực tế của các nguyên tử khác nhau đã bị thay đổi, không giống như sự thay đổi vật lý, luôn có thể bị đảo ngược. Trong các biến đổi hóa học, các nguyên tử trong chất luôn tách rời hoặc liên kết với nhau để tạo thành các hợp chất mới.
Ví dụ, nước cũng có thể được đun sôi để tạo hơi nước hoặc đông lạnh để tạo đá, nhưng mỗi chất này vẫn có cùng thành phần hóa học, H20. Tuy nhiên, khi xăng được đốt cháy, kết quả là tạo ra hai chất mới là khí cacbonic và hơi nước. Tương tự, khi sắt tiếp xúc với oxy, cả hai phản ứng để tạo thành sắt oxit, hoặc gỉ. Mặc dù các lớp sắt bên dưới vết gỉ vẫn còn nguyên chất, nhưng sự thay đổi hóa học trên bề mặt là vĩnh viễn, vì oxit sắt không thể biến đổi trở lại thành sắt nguyên chất.
