Persamaan kimia adalah representasi interaksi molekul dalam jumlah relatifnya. Dalam reaksi kimia, cara atom diatur satu sama lain berubah. Struktur internal atom tidak terpengaruh, tetapi energi, biasanya dalam bentuk panas, dilepaskan atau diserap selama reaksi kimia. Susunan kimia reaktan, atau bahan pra-reaksi, ditulis di sisi kiri persamaan kimia. Produk, atau senyawa yang dihasilkan, ditulis di sisi kanan.
Susunan kimia suatu senyawa dinyatakan dengan rumus kimia. Rumus kimia menunjukkan berapa banyak atom dari setiap unsur yang ada dalam satu molekul, atau kumpulan atom yang stabil. Misalnya molekul air memiliki rumus kimia H2O karena memiliki dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Rumus kimia beberapa molekul dalam suatu persamaan dipisahkan dengan tanda plus.
Meskipun sejumlah besar materi dapat bereaksi, persamaan kimia hanya berkaitan dengan rasio molekul yang terlibat. Reaktan dan produk dalam reaksi kimia hanya dapat bereaksi dalam proporsi tertentu. Ini karena atom tidak diciptakan atau dihancurkan; atom mana pun yang ada sebelum reaksi harus tetap ada sesudahnya. Untuk alasan ini, perlu untuk menyeimbangkan persamaan kimia. Persamaan kimia menunjukkan reaksi yang seimbang dalam jumlah sekecil mungkin.
Mungkin perlu untuk menambahkan koefisien ke sisi kiri rumus kimia untuk mencapai persamaan yang seimbang. Dalam banyak reaksi terdapat lebih dari satu molekul tertentu—bahkan dalam contoh yang paling mendasar, atau sekecil mungkin. Jika dua atom dari suatu unsur ada tetapi tidak dalam molekul yang sama, koefisien 2 digunakan sebagai pengganti subskrip. Misalnya, 2 H2O adalah dua molekul air, atau 4 atom hidrogen dan 2 atom oksigen.
Bidang mempelajari hubungan terukur antara reaktan kimia dan produk disebut stoikiometri. Ini berguna dalam menghitung jumlah produk yang dapat dibuat dengan sejumlah reaktan tertentu. Dalam reaksi kimia dunia nyata, umumnya tidak mungkin membuat 100% reaktan berubah menjadi produk. Ini karena materi dipisahkan dalam ruang dan reaktan perlu bersentuhan dengan yang lain untuk bereaksi.
Notasi tambahan dalam persamaan kimia dapat mengungkapkan informasi lebih lanjut tentang reaksi. Ketika atom atau molekul memiliki muatan listrik, misalnya, nomor ini ditulis dalam superscript dengan tanda plus atau minus untuk muatan positif atau negatif. Elemen persamaan lainnya termasuk huruf dalam kurung, yang digunakan untuk menunjukkan apakah suatu senyawa padat, cair, atau gas. Simbol juga dapat ditempatkan di antara reaktan dan produk untuk menentukan laju reaksi dan apakah energi dilepaskan atau diserap.