Las leyes químicas son aquellas leyes de la naturaleza relevantes para la química. El concepto más fundamental en química es la ley de conservación de la masa, que establece que no hay un cambio detectable en la cantidad de materia durante una reacción química ordinaria. La física moderna muestra que en realidad es la energía la que se conserva, y que la energía y la masa están relacionadas; un concepto que se vuelve importante en la química nuclear. La conservación de la energía conduce a los conceptos importantes de equilibrio, termodinámica y cinética.

Las leyes de la estequiometría, es decir, las proporciones gravimétricas por las que los elementos químicos participan en las reacciones químicas, elaboran la ley de conservación de la masa. La ley de composición definida de Joseph Proust dice que los productos químicos puros están compuestos de elementos en una formulación definida; ahora sabemos que la disposición estructural de estos elementos también es importante.

La ley de proporciones múltiples de Dalton dice que estos químicos se presentarán en proporciones que son números enteros pequeños (es decir, 1:2 O:H en agua); aunque en muchos sistemas (en particular biomacromoléculas y minerales) las proporciones tienden a requerir grandes números, y con frecuencia se representan como una fracción. Estos compuestos se conocen como compuestos no estequiométricos.

La tercera ley estequiométrica es la ley de proporciones recíprocas, que proporciona la base para establecer pesos equivalentes para cada elemento químico. Los pesos equivalentes elementales se pueden usar para derivar pesos atómicos para cada elemento.

Las leyes más modernas de la química definen la relación entre la energía y las transformaciones.

• En equilibrio, las moléculas existen en una mezcla definida por las transformaciones posibles en la escala de tiempo del equilibrio, y están en una proporción definida por la energía intrínseca de las moléculas: cuanto menor es la energía intrínseca, más abundante es la molécula.
• Transformar una estructura en otra requiere la entrada de energía para cruzar una barrera de energía; esto puede provenir de la energía intrínseca de las moléculas mismas, o de una fuente externa que generalmente acelerará las transformaciones. Cuanto mayor sea la barrera de energía, más lenta será la transformación.
• Hay una hipotética estructura intermedia, o de transición, que corresponde a la estructura en la parte superior de la barrera de energía. El postulado de Hammond-Leffler afirma que esta estructura se ve más similar al producto o material de partida que tiene energía intrínseca más cercana a la de la barrera de energía. La estabilización de este hipotético intermedio a través de la interacción química es una forma de lograr la catálisis.
• Todos los procesos químicos son reversibles (ley de reversibilidad microscópica) aunque algunos procesos tienen tal sesgo de energía, son esencialmente irreversibles.