Le leggi chimiche sono quelle leggi della natura rilevanti per la chimica. Il concetto più fondamentale in chimica è la legge di conservazione della massa, che afferma che non vi è alcun cambiamento rilevabile nella quantità di materia durante una normale reazione chimica. La fisica moderna mostra che in realtà è l’energia che viene conservata e che l’energia e la massa sono correlate; un concetto che diventa importante nella chimica nucleare. La conservazione dell’energia porta ai concetti importanti di equilibrio, termodinamica e cinetica.

Le leggi della stechiometria, cioè le proporzioni gravimetriche con cui gli elementi chimici partecipano alle reazioni chimiche, elaborano la legge di conservazione della massa. La legge della composizione definita di Joseph Proust dice che le sostanze chimiche pure sono composte da elementi in una formulazione definita; ora sappiamo che anche la disposizione strutturale di questi elementi è importante.

La legge di Dalton delle proporzioni multiple dice che queste sostanze chimiche si presenteranno in proporzioni che sono piccoli numeri interi (cioè 1: 2 O: H in acqua); sebbene in molti sistemi (in particolare biomacromolecole e minerali) i rapporti tendono a richiedere grandi numeri e sono spesso rappresentati come una frazione. Tali composti sono noti come composti non stechiometrici.

La terza legge stechiometrica è la legge delle proporzioni reciproche, che fornisce la base per stabilire pesi equivalenti per ciascun elemento chimico. I pesi equivalenti elementari possono quindi essere utilizzati per derivare pesi atomici per ciascun elemento.

Leggi più moderne della chimica definiscono la relazione tra energia e trasformazioni.

• In equilibrio, le molecole esistono in miscela definita dalle trasformazioni possibili sulla scala temporale dell’equilibrio, e sono in un rapporto definito dall’energia intrinseca delle molecole—minore è l’energia intrinseca, più abbondante è la molecola.
• Trasformare una struttura in un’altra richiede l’input di energia per attraversare una barriera energetica; questo può provenire dall’energia intrinseca delle molecole stesse, o da una fonte esterna che generalmente accelera le trasformazioni. Maggiore è la barriera energetica, più lenta è la trasformazione.
• Esiste un ipotetico intermedio, o struttura di transizione, che corrisponde alla struttura nella parte superiore della barriera energetica. Il postulato di Hammond-Leffler afferma che questa struttura sembra più simile al prodotto o al materiale di partenza che ha un’energia intrinseca più vicina a quella della barriera energetica. Stabilizzare questo ipotetico intermedio attraverso l’interazione chimica è un modo per ottenere la catalisi.
• Tutti i processi chimici sono reversibili (legge della reversibilità microscopica) sebbene alcuni processi abbiano un tale bias energetico, sono essenzialmente irreversibili.