Ett ämne genomgår en kemisk förändring när dess molekylära struktur förändras genom att antingen tillföra energi till ämnet eller genom att blanda två ämnen. I båda fallen bryts de kemiska bindningarna i atomstrukturen och fäster sig igen för att bilda ett annat ämne. Det nya ämnet har vanligtvis andra fysikaliska och kemiska egenskaper än det ursprungliga.
Det finns två typer av förändringar i kemin. En fysisk förändring är när ämnets form förändras, till exempel den normala fasen förändras i vatten till följd av temperatur. När temperaturen ökar från vattnets fryspunkt, ändras den från den fasta formen av vatten, is; till flytande form, vatten; till gasform, ånga.
En kemisk förändring sker när ett ämne omvandlas till ett annat ämne på atomnivå, och kemiska reaktioner kan delas in i fyra grupper. En syntesreaktion uppstår när två eller flera enkla material kombineras för att göra ett tredje, mer komplicerat material. En nedbrytningsreaktion är nedbrytningen av ett mer komplext ämne till dess enkla delar. I singel-ersättningsreaktioner har ett element ersatt ett annat element i ett mer komplext material för att skapa ett nytt ämne. Dubbelersättningsreaktioner liknar enstaka ersättningsreaktioner, endast med två element i ett material som ersätter två element i en annan förening för att göra det slutliga materialet.
Lagarna för massa och energihushållning säger att varken massa eller energi skapas eller förstörs, bara ändras till ett annat tillstånd. Kemiska förändringar klassificeras alltså också efter vad som händer med energin till följd av reaktionen. Endotermiska reaktioner absorberar energi, vanligtvis värme eller elektrisk energi. Exotermiska reaktioner producerar energi, vilket gör att ämnet känns varmt till följd av energin som kommer från ämnenas kemiska bindningar.
Det finns flera sätt att avgöra om en kemisk förändring har inträffat. En förändring i färgen på ett ämne kan betyda att en kemisk förändring har ägt rum. De skiftande färgerna på löv på hösten, den rödbruna rosten och det brunfärgade köttet på ett äpple är alla exempel på kemiska förändringar som visas av färgförändringar i ett ämne.
En förändring i lukten av ett ämne kan också vara ett tecken på att en kemisk förändring har skett. Den svavelhaltiga lukten av ruttna ägg och lukten av bortskämd mjölk är tecken på att äggen och mjölken har genomgått kemiska reaktioner. Även om lukten kanske är mer påtaglig, kan det också finnas andra, synliga tecken på en sådan förändring.
Till skillnad från fysiska förändringar är kemiska förändringar irreversibla. Att krossa en aluminiumburk med foten är en fysisk förändring. Teoretiskt är det möjligt att ta bort bucklor och rynkor i aluminiumet och föra tillbaka det till sitt ursprungliga tillstånd. Att bränna ett papper är en kemisk förändring. När den väl har bränts kan den inte brännas upp.