Les lois chimiques sont les lois de la nature pertinentes pour la chimie. Le concept le plus fondamental en chimie est la loi de conservation de la masse, qui stipule qu’il n’y a pas de changement détectable de la quantité de matière lors d’une réaction chimique ordinaire. La physique moderne montre que c’est en fait l’énergie qui est conservée, et que l’énergie et la masse sont liées; un concept qui devient important en chimie nucléaire. La conservation de l’énergie conduit aux concepts importants d’équilibre, de thermodynamique et de cinétique.

Les lois de la stœchiométrie, c’est-à-dire les proportions gravimétriques par lesquelles les éléments chimiques participent aux réactions chimiques, élaborent la loi de conservation de la masse. La loi de composition définie de Joseph Proust dit que les produits chimiques purs sont composés d’éléments dans une formulation définie; nous savons maintenant que la disposition structurelle de ces éléments est également importante.

La loi de Dalton sur les proportions multiples dit que ces produits chimiques se présenteront dans des proportions qui sont de petits nombres entiers (c’est-à-dire 1:2 O:H dans l’eau); bien que dans de nombreux systèmes (notamment les biomacromolécules et les minéraux), les rapports ont tendance à nécessiter un grand nombre et sont souvent représentés sous forme de fraction. De tels composés sont appelés composés non stoechiométriques.

La troisième loi stoechiométrique est la loi des proportions réciproques, qui fournit la base pour établir des poids équivalents pour chaque élément chimique. Des poids équivalents élémentaires peuvent ensuite être utilisés pour dériver des poids atomiques pour chaque élément.

Des lois plus modernes de la chimie définissent la relation entre l’énergie et les transformations.

• En équilibre, les molécules existent en mélange défini par les transformations possibles sur l’échelle de temps de l’équilibre, et sont dans un rapport défini par l’énergie intrinsèque des molécules — plus l’énergie intrinsèque est faible, plus la molécule est abondante.
• La transformation d’une structure en une autre nécessite l’apport d’énergie pour franchir une barrière énergétique ; cela peut provenir de l’énergie intrinsèque des molécules elles-mêmes, ou d’une source externe qui accélérera généralement les transformations. Plus la barrière énergétique est élevée, plus la transformation se produit lentement.
• Il existe une hypothétique structure intermédiaire, ou structure de transition, qui correspond à la structure au sommet de la barrière énergétique. Le postulat de Hammond-Leffler stipule que cette structure ressemble le plus au produit ou au matériau de départ dont l’énergie intrinsèque est la plus proche de celle de la barrière énergétique. La stabilisation de cet intermédiaire hypothétique par interaction chimique est un moyen de réaliser la catalyse.
• Tous les processus chimiques sont réversibles (loi de réversibilité microscopique) bien que certains processus aient un tel biais énergétique, ils sont essentiellement irréversibles.