Energi potensial kimia adalah energi yang tersimpan dalam suatu bahan yang dapat dilepaskan melalui reaksi kimia. Energi ini dapat berasal dari penggabungan atom atau molekul atau dari pemecahan molekul. Ini dilepaskan dalam bentuk panas, cahaya, atau keduanya. Biasanya beberapa jenis pemicu diperlukan untuk melepaskan energi potensial, tetapi pemicu ini mungkin sederhana seperti hanya mencampurkan dua bahan bersama-sama, seperti menambahkan logam yang sangat reaktif, kalium, dengan air, menghasilkan reaksi yang sangat kuat yang melepaskan banyak panas.
Pembentukan dan pemutusan ikatan antar atom adalah sumber dari semua energi kimia potensial. Tergantung pada kekuatan ikatan tersebut, jumlah energi yang tersimpan akan bervariasi. Ikatan yang sangat kuat menyimpan sejumlah kecil energi, dan ikatan yang lemah menyimpan jumlah yang lebih besar. Ikatan yang kuat sangat stabil dan membutuhkan energi tambahan untuk memutuskannya, artinya lebih sedikit energi yang dilepaskan saat putus. Hal sebaliknya berlaku untuk ikatan lemah, sehingga mereka membutuhkan sedikit energi tambahan sebagai pemicu untuk memutuskan dan melepaskan banyak energi.
Prinsip energi kimia potensial ini adalah dasar dari penggunaan banyak sumber energi dunia. Bahan bakar hidrokarbon, juga dikenal sebagai bahan bakar fosil, seperti batu bara, minyak bumi, dan turunannya yang dimurnikan, mengandung sejumlah besar energi kimia potensial. Saat dibakar, molekul zat ini bergabung dengan oksigen. Ini menghasilkan pemutusan beberapa ikatan molekul antara atom-atom tertentu dalam molekul dan pembentukan yang lain karena atom oksigen digabungkan ke dalam struktur molekul, suatu proses yang dikenal sebagai oksidasi. Hasilnya adalah pelepasan energi kimia potensial dalam bentuk panas dan cahaya, terutama panas, yang dimanfaatkan dan digunakan untuk menggerakkan mesin dan diubah menjadi listrik.
Energi yang tersimpan dinyatakan dalam satuan internasional standar (SI) megajoule per kilogram (Mj/kg), dan jumlah energi yang tersimpan dalam suatu zat dalam kaitannya dengan massa tertentu disebut kepadatan energi. Hal ini memungkinkan untuk perbandingan jumlah energi kimia potensial yang tersimpan dalam satu zat ke zat lain berdasarkan massa. Jenis energi ini dapat dilepaskan dengan cara yang berbeda. Untuk bahan bakar fosil, biasanya dilepaskan dengan cara dibakar. Untuk zat seperti makanan, ia dilepaskan selama proses metabolisme tubuh, yang secara kimiawi identik dengan pembakaran tetapi dilakukan dengan kecepatan yang jauh lebih lambat dan terkendali.
Bahan peledak seperti dinamit dan nitrogliserin melepaskan energi kimia potensial mereka dengan sangat cepat, yang memberi mereka sifat eksplosif. Sebagian besar bahan peledak memiliki jumlah energi kimia potensial yang relatif rendah berdasarkan massa, bahkan dibandingkan dengan hal-hal seperti gula, tetapi sifat kimianya memungkinkan energi ini dilepaskan hampir secara instan. Misalnya, nitrogliserin mengandung 6.5 Mj/kg dan tebu mentah mengandung 19 Mj/kg.