在自然界裏，物質種類繁多、性質各異。但是，組成這些物質的基本成分——
化學元素卻數目有限。到20世紀80年代末期，全世界已經發現和人工合成的化學元素總共有109種，其中天然存在的94種，人工合成的15種。
從古至今，科學家和哲學家一直在探討物質的組成，尋找什麼是化學元素。古希臘哲學家認為空氣、水、火、土是組成世界萬物的四種元素。中世紀後期，煉金術士熟練地進行一些化學實驗時，又提出了硫、汞、鹽三元素說。
1661年英國化學家玻意耳首次提出化學元素的科學定義：不由其他物質構成的、一般化學方法不能再分解為更簡單的某些實物。1798年，法國化學家拉瓦錫列出了第一張化學元素表，其中有些化合物和混合物也包括進去了。
到1803年，英國化學家道爾頓提出了原子說，指出化學元素的原子屬性，把同種原子稱為元素。
拉瓦錫像
20世紀初，科學家發現了原子核由質子和中子組成，還發現了同位素，並認識到，化學元素是具有相同核電荷數（質子數）的同一類原子的總稱。
1969年，科學家用電子顯微鏡觀察到元素鈾和釷的單個原子，核很小，它由質子和中子組成，質子帶負電，中子不帶電，質子數就是核電荷數。原子直徑為10－8厘米，而核是它的萬分之一；原子的質量集中在核，電子隻有核的二千分之一。
元素的化學性質主要與原子核外電子數目和排布方式有關，特別是最外層電子的多少和能量高低，基本上決定了該元素的化學性質。
當把各種化學元素按核電荷數增加的順序排列時，就會出現物理、化學性質周期性變化的規律，這就是元素周期律。按此順序和規律列成的表就是元素周期表。化學元素按物理化學性質可分為金屬元素和非金屬元素，其中原子數大於83的天然元素都具有放射性。這些元素形成了數百萬化合物，構成了整個世界。