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世界上房子的形状、式样、颜色各式各样，有圆的、有方的、有尖的，有平房、有楼房、有茅草房、有板屋、有窑洞，有白的、有灰的、有红的、有黄的……但是，世界上并没有成千上万种建筑材料。各式各样的房子，无非是由木头、砖头、石灰、水泥、黄沙、玻璃、钢材、塑料等若干建筑材料建成的。
同样的，尽管我们周围有成千上万种物质。但是，从本质上讲，它们只不过是由94种化学元素（现在已经发现的化学元素共118种，其中天然元素只有94种）构成的。氧、氢、金、银、铜、铁等，都是化学元素，简称元素。
正如26个汉语拼音字母可以拼出上千个文字，7个音符可以谱写成千歌万曲，红、黄、蓝三色可以组成万紫千红各种颜色，118种化学元素，也可以形成千千万万种化合物。据统计，现在已发现的天然存在的化合物和人工合成的化合物，大约有3000万种。这些化合物，有的是由两种化学元素组成的，例如水就是由氧和氢两种元素组成，食盐则是由氯和钠两种元素组成。有的化合物是由三种化学元素组成的，例如硫酸是由氧、硫、氢三种元素组成，葡萄糖是由氧、碳、氢三种元素组成。也有的化合物是由四种化学元素组成的，例如小苏打（碳酸氢钠）便是由碳、氢、氧、钠四种元素组成。还有的化合物更加复杂，是由五种、六种甚至更多的化学元素组成的。至于单由一种化学元素组成的物质，就不叫化合物了，而叫作单质。例如，纯净的金刚石（碳）、氢气、氧气、金、银等，都是单质。
自然界中纯净的单质和化合物并不多，绝大部分都是由各种化合物混合组成的“大杂拌”。例如，海水的主要成分是水，占百分之九十六左右，并含有百分之三左右的食盐（氯化钠）以及少量的氯化镁、硫酸镁、硫酸钾、碳酸氢钙、溴化镁，还有微量的铁、金、铝、碘、硅、锌的化合物等。据分析，海水中竟包含80多种元素。其他像植物体、动物体、空气、泥土等，也都是“杂货铺”。就拿人体的组成元素来说，百分之六十五是氧、百分之十八是碳、百分之十是氢、千分之二十七是氮、千分之十四是钙，此外还含有少量的磷、钾、钠、氯、硫、镁、铁，以及微量的锌、硅、溴、铜、氟、碘、铝、锰、砷、铅、硼、钛等。
尽管如此，世界上任何物质——哪怕是化学成分非常复杂的物质，都是由118种化学元素组成。若是天然的物质，则都由94种化学元素组成。
我们再深入一步，从现代化学理论的基础——原子-分子论的观点，来剖析化学元素的实质。
先从分子谈起。高楼大厦，是由一块块砖头砌成的。分子就是构成物质的最小的“砖头”。物质是可分的。打开一瓶香水，整个房间就香气氤氲，这是香水挥发了无数个香料的分子，扩散到空气中去，使得房间的每个角落都馨香扑鼻。同样，在水中放一块糖，整杯水都变甜了，也是因为糖块——糖的“大厦”在水中被拆散了，变成一块块“砖头”——糖的分子，遍布于水的各个部分。
分子又轻又小，根据人们测定，水分子只有0.00000000000000000000003克重。水分子很小，一滴水里的分子个数就非常惊人。有一个有趣的估算，如果一个人每秒钟数一个水分子，一秒钟也不停地数下去，数1000年，也只不过才数了一滴水里全部分子的二十亿分之一！
分子是能够独立存在的物质的最小微粒，它保持原物质的成分和一切化学性质。
分子是不是最小的微粒了呢？不，人们发现，分子是由更小的微粒——原子组成的。组成1个分子的原子数目并不一样。拿银分子、氦气分子来说，都是由1个原子组成的。但有的分子是由2个原子或由3个原子组成的，如1个水分子是由1个氧原子和两2个氢原子组成的。还有的分子是由4个原子组成的，如1个三氧化硫分子，是由1个硫原子和3个氧原子组成的。有的分子甚至是由5个、6个乃至几十个原子组成的，如一个硫酸分子便由7个原子组成。最大的分子要算是蛋白质、淀粉、塑料、纤维、橡胶这些高分子的化合物，它们是分子中的巨人，一个高分子化合物常常是由上千、上万个原子组成的。
由于不同分子中所含的原子数目多少不一，因此，不同的分子大小相差悬殊。不同的原子虽然大小也不尽相同，但是相差不大，如果分子中只含有1个原子，则分子和原子的大小一样。
原子是构成分子的最小微粒。世界上的分子虽然有3000多万种，然而，原子却只有118种。一种化学元素只有一种原子——此处只是广义地讲，即同一种元素的各种同位素的原子都算作是一种原子。各种原子，组成各种不同的分子。
事情就是这样：118种不同的原子，组成3000多万种不同的分子；这3000多万种分子，又组成成千上万种不同的物质。
那么，化学元素的实质是什么呢？从原子－分子论的观点来看：具有相同的化学性质的一定种类的原子，就叫作化学元素。118种不同的化学元素，实质上就是118类不同的原子。我们还可以再继续深入一步揭示化学元素的最小微粒，原子仍是可分的。原子是由原子核和不断绕核旋转的电子组成的。原子核又是由质子和中子组合而成的。质子带正电荷，电子带负电荷。人们通过科学实验发现，同一种化学元素原子的原子核中，所含的质子数是一样的。例如，凡是氧原子，它的原子核中都含有8个质子。同一元素的原子核中的中子数却可能不同。如自然界中的氧原子的原子核，其中绝大部分（约占百分之九十九点七六）是由8个质子和8个中子组成的，但也有少量是由8个质子和10个中子（约占千分之二）或者由8个质子和9个中子（约占万分之四）组成的。这些质子数相同、中子数不同的原子，叫作同位素。几乎所有天然的化学元素，都有好几种同位素。就这个意义上讲，几乎所有天然的化学元素，都是由几种同位素组成的混合物。
既然同一种化学元素的不同原子的原子量可以不同，这就是说，决定原子性质的主要因素不是原子量，而是质子数，亦即核电荷数。一种化学元素的化学性质，主要取决于原子核外的电子数（这电子数等于原子核内的质子数）。因此进一步了解了化学元素的本质，就可以看作化学元素是以核电荷数为标准对原子进行分类的一种方法——核电荷数相同的一类原子就叫作一种化学元素。也就是说，原子的核电荷数是决定化学元素种类的关键。
现在，人们对118种化学元素的看法，就是原子核中的质子数（亦即核外电子数）从1、2、3……一直逐渐增加到118，而形成的118类原子（不考虑同位素的情况下）。例如，氢原子核中含有1个质子（亦即核外有1个电子），氦原子核中含有2个质子（亦即核外有2个电子），锂原子核中含有3个质子（亦即核外有3个电子）……第105号元素原子核中含有105个质子（亦即核外有105个电子）。这就是说，化学元素的不同，原子的不同，归根结底，在于它们原子核中所含质子的数目不同，亦即它们原子核外电子数的不同。
这种现代的化学元素概念，不仅能正确解释过去无法解释的同位素现象，而且发现和正确解释了同质异位素现象。所谓同质异位素，就是指质量相同但性质不同的原子。例如S 1 6 3 6与Ar 1 8 3 6，S为硫的化学元素符号，Ar为氩的化学元素符号，右上角数字表示原子量（即相对原子质量），右下角数字表示质子数。虽然原子量都是36，但由于它们的质子数不同，因此分属于不同元素——硫和氩。同样的，Cu 2 9 6 5与Zn 3 0 6 5，Cu为铜的化学元素符号，Zn为锌的化学元素符号。虽然原子量都是65，但是由于它们的质子数不同，也分属于不同的元素——铜和锌。同质异位素的发现，正说明以核电荷数（质子数）作为划分化学元素的标准符合客观规律，抓住了事物的本质。
再重复讲一下，化学元素的现代概念，即原子核中的质子数（亦即核外电子数）相同的一类原子叫作一种化学元素。
人们对化学元素的认识，从古至今，经历了漫长而曲折的历程。
随着生产的发展，人们才逐渐了解世界万物是由各种化学元素组成的这一自然现象，逐渐了解各种化学元素的性质，逐渐了解化学元素的规律——元素周期律，并逐渐利用各种化学元素为工农业生产服务。
我国劳动人民早在公元前2500～2000年，就会炼铜了。到了商代，冶炼青铜的技术水平已经相当高了。可是，用孔雀石（铜矿）和木炭为什么会炼出铜呢？孔雀石、木炭是什么东西组成的呢？冶炼时烧的火、炼出来的铜又是什么？这些在当时是无法回答的问题。在春秋战国时期，我国劳动人民又掌握了炼铁技术。用铁矿石和木炭炼铁，但这一技术中也同样有许多令人不解的地方。
为了回答物质是由什么东西组成的这个问题，我国在春秋战国时期，产生了“五行”学说。
《尚书》中说：“五行”：一曰水，二曰火，三曰木，四曰金，五曰土。《国语》中则更进一步指出“以土与金、木、水、火，杂以成百物”。这就是说，“五行”学说认为，世界是由金、木、水、火、土这五种“元素”组成的。金、木、水、火、土，都是古代劳动人民在生产实践中经常接触到的东西。
古希腊也产生过“四元素说”。古希腊恩培多克勒认为世界万物是由水、气、火、土这四种“元素”组成的。在古印度，人们则认为世界是由地、火、水、风、空间这五种“元素”构成的。
古希腊哲学家亚里士多德进一步提出：每种元素都是由两种基本性质配合而成的。例如，热和干配合可以生成“元素”火；热和湿配合则形成“元素”气；冷和湿配合得“元素”水；冷和干配合组成“元素”土。这种古代的元素观，把物质和性质完全割裂开来，并把性质看得比物质更重要，认为性质是第一性的。那时的人们认为，改变一种元素的性质，就可以把它从一种元素变成另一种元素。
在这种错误的元素观的指导下，金丹术便产生了。金丹术又称炼金术、炼丹术。炼金，就是企图把普通的元素转变成黄金；炼丹，则是企图制造使人长生不老的仙丹。金丹术始于我国西汉时期（公元前2世纪）。由于金丹术符合封建统治阶级梦想长生的奢望，得到了发展和传播。公元3世纪，从我国传入阿拉伯，然后，又传入欧洲。
炼金家们认为，元素有三种最基本的性质——可溶性、可燃性和金属性。盐代表可溶性，硫代表可燃性，汞代表金属性。他们认为，根据这三种基本性质，按不同的比例，可以组成各种不同的元素。他们非常看重性质，企图把某种性质加入某种元素，以制造黄金。
由于金丹术本身违反化学规律，是唯心主义的，所以在漫长的历史中，炼金不成，炼丹亦成泡影，枉费心机。特别是炼丹所用的药物大多是有毒的化合物，不仅不能使人长生，反而使一些封建统治者断送了性命。我国东汉时，劳动人民就用民歌讽刺统治者为“服食求神仙，多为药所误”。
虽然金丹术违反化学规律，但是人们在长期的炼丹、炼金过程中，积累了不少化学知识，掌握了一些化学元素的特性。炼丹家、炼金家们制造了各种化学仪器，他们还用各种符号表示化学元素，这些都为进一步揭开化学元素的本质准备了条件。16世纪，欧洲资本主义开始发展。那时，新大陆航线发现，工农业生产迅速发展，人们迫切需要炼丹术，以制造大批能够用来治病的药剂。在15世纪，瑞士医药化学家巴拉赛尔苏斯提出：化学的目的并不是为了制造金银，而是为了制造药剂。不过，他仍未逾越古代元素观的圈子，认为世界是由盐、汞、硫三“元素”组成的。其中盐代表“肉体”，汞代表“灵魂”，硫代表“精神”。人生病，主要是因为缺少了这三“元素”中的某一种“元素”。只要给病人加入他所缺少的“元素”，病就会好了。
在我国，随着生产的发展，炼丹术也逐渐被生产实践淘汰。明代著名的药物学家李时珍写的《本草纲目》一书，便系统地总结了我国劳动人民的医药化学知识。
与此同时，随着金属冶炼技术的发展，炼金术也犹如“瓦上霜”似的，逐渐消融了。在我国明代，宋应星写的《天工开物》一书，总结了劳动人民在冶金方面的知识，尤其是化学方面的许多知识。15世纪，欧洲也出现了德国科学家格奥尔格·阿格里科拉写的《论金属》一书，同样总结了许多关于金属方面的化学知识。
正如恩格斯在《自然辩证法》中所指出的：科学的发生和发展一开始就是由生产决定的
。随着工农业生产的发展，特别是医药化学和金属冶炼的发展，促使了炼丹术、炼金术的破产，迫切要求产生新的化学理论。于是，以英国化学家罗伯特·波义耳为代表的化学家们，总结了前人的经验教训，批判了唯心的古代元素观，提出了唯物的化学元素概念。1661年，波义耳在《怀疑派的化学家》一文中指出，元素是“组成复杂物体和在分解复杂物体时，最后所得到的那种最简单的物体”。他还指出“化学的目的是认识物体的结构，而认识的方法是分析，即把物体分解为元素”。因此，波义耳就纠正了古代错误的元素观，揭示了“化学元素”这个概念的正确含义，即物质并不是由性质组成的，而是由化学元素组成的。
一定的化学元素，具有一定的性质。物质与元素的关系是这样的：用一般化学方法不能再分解的最简单的物质，叫作元素。物质是由元素组成的。
恩格斯高度评价波义耳对化学的贡献，指出：波义耳把化学确立为科学。
波义耳虽然在总结前人经验的基础上，给化学元素下了正确的定义，但是，限于当时科学技术的水平，人们还不能真正把一些物质分解成最简单的成分，因此，还常常把一些化合物当作元素。随着生产向前发展，人们分解物质的技术不断提高，这才把一些列入元素名单的假元素辨别出来，发现了一个又一个新元素。同时，人们对化学元素概念的认识也不断深入，从波义耳的元素定义发展到原子－分子论的元素定义，然后又发展到现代化学元素概念。随着生产的进一步发展，人们对化学元素的认识还将继续深入，将更加深刻地揭示化学元素的实质，掌握化学元素的规律，认识自然，改造自然。
人们对化学元素概念的认识，是随着生产的发展不断深入的。人们对各种化学元素的认识，也是随着生产的发展不断深入的。
早在古代，人们学会钻木取火时，便认识了碳——木头烧成乌黑的木炭，这木炭就是碳。学会了取火，学会了制造木炭，这就为冶炼一些容易被还原的金属提供了技术条件。例如把绿色的孔雀石（铜矿）和木炭一起煅烧，铜便被木炭从孔雀石中还原出来，变成火红的铜水。
同样的道理，锡、铅、汞、镍、锌等较易被还原的金属，也都相继被人们在生产实践中发现了。另外，有些元素在自然界中有纯净的单质，也很快被人们发现了，如天然的金、银和硫。
这些化学元素是古代劳动人民在生产实践中发现的，而发现这些化学元素进一步推动了生产的发展。其中，人们发现的元素中最重要的要算是铜了，因为纯铜可以用来制造各种生产工具。我国考古工作者曾在河南省安阳市的小屯村发掘到许多孔雀石、木炭、碎铜块以及铜制的矛、刀、斧、钟、鼎等。安阳一带并不产孔雀石。据考证：安阳是我国古代的“铜都”，那些孔雀石是从外地运来炼铜用的，而木炭、碎铜块则正是古代炼铜的遗迹，至于矛、刀、斧之类铜器则说明我国古代应用铜制造武器和生产工具。据考证，我国劳动人民早在公元前2700年便懂得炼铜了。后来，人们又发现，如果把铜矿和锡矿放在一起冶炼，炼出来的合金更容易浇铸，机械性能也更好，于是便普遍用这种办法冶炼。现在发掘出来的古代炼制的铜器一般都含有锡，含锡的铜是青铜。由于那时广泛用青铜制造各种生产工具，所以那个时代在历史上被称为“青铜时代”。
后来，人们又发现了铁。铁比铜难还原，炼铁所需的温度比铜高。因此，只有在炼铜技术发展到一定程度时，人们才可能学会炼铁。先发明炼铜，而后发明炼铁，这充分说明“科学的发生和发展一开始就是由生产决定的”。铁矿比铜矿普遍，铁的机械性能在很多方面优于铜，因此，铁很快就取代了铜，被大量地用来制造各种生产工具。于是，继“青铜时代”之后，便出现了“铁器时代”。我国是世界上最早发明冶炼铸铁的国家。铁制工具的出现，大大促进了生产，特别是农业生产的发展。公元1世纪后，铁成了我国使用最普遍的金属。到了公元997年，即宋太宗时，我国铁生产量竟达1.5万吨。这在近1000年前，是非常了不起的事情，中国是当时世界上铁的年产量最高的国家！
另外，我国发现和使用锌和镍，也都早于世界其他国家。我国南北朝（公元4世纪）时就会炼制黄铜——铜锌合金。在唐代的文献中，有用“炉甘石”（即锌矿，化学成分为碳酸锌）制黄铜的记载。明代的文献中更有炼“倭铅”（即金属锌）的记载。我国发掘出土的西汉时期（公元前1世纪）的白铜（即铜镍合金）器中，经化学分析，证明含镍。在《广雅》一书（公元3世纪成书）中，也记载着“鋈”。“鋈”就是白铜，亦即铜镍合金。
我国唐代炼丹家马和对空气的成分做了详细的研究，并发现了氧气。
至于铝，南京博物院的考古工作者们于1953年发掘江苏宜兴周墓墩的周处墓时，曾发现尸骨腰部有铝质的金属片，从而说明我国古代已会制铝。但后来的考证
对这一提法表示否定。这一问题尚待进一步探讨。
在封建社会时期，由于封建统治阶级提倡和重用金丹术，沉醉于追求点金石与长生之丹，结果在漫长的1000多年中，只在炼金、炼丹的偶然机会中，发现了砷、磷、铋三种元素。那时，化学正处于“中世纪的黑夜”之中。
到了18世纪，随着资本主义的兴起，生产迅速地向前发展，特别是冶金、染料、制药、酸碱等化学工业的迅速发展，为大量发现新元素提供了技术条件。正如恩格斯所指出的：如果说，在中世纪的黑夜之后，科学以意想不到的力量一下子重新兴起，并且以神奇的速度发展起来，那么，我们要再次把这个奇迹归功于生产。
在18世纪，人们接连发现了氢、氮、钛、铬、钼、碲、钨、铀、锰、氯、钴等元素。到了1800年，人们共发现了28种化学元素。
19世纪，随着工业革命的迅速发展，发现的化学元素就更多了。在那时，报纸、杂志上，接二连三地发表关于发现新元素的消息。仅在19世纪的头50年中，就发现了27种化学元素。特别是在1800——1812年这12年中，人们就发现了19种新元素，发现的速度达到了最高峰。
19世纪，人们发明了电解法，用这一新技术发现了一系列过去没法还原的，较活泼的金属元素——钠、钾、镁、锶、钡，并用钠、钾等活泼金属元素去还原非金属化合物，发现了新的非金属元素——硼和硅。
随着化学分析技术的提高，特别是光谱分析的发明，人们又继续发现了镉、镧、铟、铽、铒、镱、铊、镝、硒、钌等元素，这些元素大部分是地球上比较稀少的元素。到了1869年，人们共发现63种化学元素，其中金属元素48种，非金属元素15种。这些新元素，有的是直接在生产实践中发现的。例如，当时巴黎郊区有一家硝石工厂，工人们在制造硝石时，发现铜槽常常很快就被腐蚀。为了解决这个生产问题，人们着手寻找腐蚀铜槽的原因，结果发现在碱液中含有一种腐蚀铜槽的物质。经过提纯，这种物质变成了一种紫黑色的晶体。人们再仔细进行研究，发现这种晶体原来是一种未知的元素——碘。也有的许多元素，是人们在科学实验中发现的。例如，铯、铷、铊、铟、氦等新元素，是在研究光谱技术时发现的。铯的拉丁文原意是“天蓝”，是因为它的光谱谱线是天蓝色；铷的谱线是暗红色，铷的拉丁文原意是“暗红”；铊和铟的谱线分别为翠绿和蓝紫色，铊的拉丁文原意是“绿色”，而铟的拉丁文原意是“蓝靛”。至于氦，因为是人们在研究太阳光谱时发现的，所以它的拉丁文原意是“太阳”。
19世纪末，人们在对空气进行研究时，接连发现了六种新的稀有气体——氦、氖、氩、氪、氙、氡。（人们先是在太阳光谱中发现氦的谱线，只是表明在太阳上有氦，而后在空气的研究中制得了氦，证明氦在地球上也存在）这六种气体的化学性质都很不活泼，叫作惰性气体。氖的希腊文原意是“不活泼”，即惰性气体；氪的希腊文原意是“隐藏的”，即隐藏于空气中好多年才被发现；氙的希腊文原意是“生疏的”，即为人们所生疏的气体；氡的希腊文原意是“射气”，因为它是放射性元素镭蜕变而产生的一种放射性气体。再加上人们在这一时期发现的几种新元素，总共发现了79种化学元素。
到了20世纪，随着生产的发展，人们又发现了几种较难以被发现的新元素，这些元素在地球上很稀少。1913年，人们发现了镤；1925年发现了铼；1945年发现了钷。因此，到了1945年，人们便发现了存在于地球上的所有天然元素，连没有稳定同位素的锝、钷两种元素也被发现了。
化学元素只有这些吗？不，随着原子能工业的发展，人们又用“原子大炮”——加速器，射出中子或质子，制造人造元素。
1940年，人们用慢中子轰击铀，制得了93号元素——镎。1941年，又用氘原子轰击铀，得到镎238，但镎238不稳定，进行β衰变时，得到了第94号元素——钚。1944年，用具有四千万电子伏特能量的高速α质子轰击铀238，制得第95号元素——镅。同年，科学家还制得了第96号元素——锔，在随后的几年又制得第97号元素——锫，第100号元素——镄，第101号元素——钔。1958年，制得第102号元素——锘。1961年，制得第103号元素——铹。后来，人们又制得了第104号元素——和第105号元素——。
第105号元素，是不是最后的元素呢？2016年6月8日，国际纯粹和应用化学联合会宣布，由俄罗斯、美国和日本科学家在最近几年制成的4种人造化学元素获得承认，进入元素周期表，即第113号元素、115号元素、117号元素和118号元素
。科学家们还在继续制造人造化学元素。随着生产的发展、科学技术水平的提高，化学元素家族的成员在不断增多！