Tvar doživljava kemijsku promjenu kada se njezina molekularna struktura promijeni dodavanjem energije tvari ili miješanjem dviju tvari. U oba slučaja, kemijske veze unutar atomske strukture su prekinute i ponovno se spajaju kako bi tvorile drugu tvar. Nova tvar obično ima drugačija fizikalna i kemijska svojstva od izvorne.
Postoje dvije vrste promjena u kemiji. Fizička promjena je kada se oblik tvari promijeni, kao što je promjena normalne faze u vodi kao rezultat temperature. Kako temperatura raste od točke smrzavanja vode, mijenja se iz krutog oblika vode, leda; u tekući oblik, voda; u plinoviti oblik, para.
Kemijska promjena se događa kada se jedna tvar transformira u drugu tvar na atomskoj razini, a kemijske reakcije se mogu razvrstati u četiri skupine. Reakcija sinteze događa se kada se dva ili više jednostavnih materijala kombiniraju kako bi se dobio treći, kompliciraniji materijal. Reakcija razgradnje je razlaganje složenije tvari na jednostavne dijelove. U reakcijama s jednom zamjenom, jedan element je zamijenio drugi element u složenijem materijalu kako bi se stvorila nova tvar. Reakcije dvostruke zamjene slične su reakcijama jednostruke zamjene, samo s dva elementa u jednom materijalu koji zamjenjuju dva elementa u drugom spoju kako bi se dobio konačni materijal.
Zakoni očuvanja mase i energije govore da se ni masa ni energija ne stvaraju ili uništavaju, već samo mijenjaju u drugo stanje. Stoga se kemijske promjene također klasificiraju prema onome što se događa s energijom kao rezultat reakcije. Endotermne reakcije apsorbiraju energiju, obično toplinu ili električnu energiju. Egzotermne reakcije proizvode energiju, zbog čega je tvar vruća kao rezultat energije koja dolazi iz kemijskih veza tvari.
Postoji nekoliko načina da se utvrdi je li došlo do kemijske promjene. Promjena boje tvari može značiti da se dogodila kemijska promjena. Promjenjive boje lišća u jesen, crvenkasto-smeđa hrđa i smeđe meso jabuke primjeri su kemijskih promjena koje se pokazuju promjenama boje u tvari.
Promjena mirisa neke tvari također može biti znak da je došlo do kemijske promjene. Sumporni miris pokvarenih jaja i miris pokvarenog mlijeka znakovi su da su jaja i mlijeko podvrgnuti kemijskim reakcijama. Iako je miris, možda, uočljiviji, mogu postojati i drugi, vidljivi pokazatelji takve promjene.
Za razliku od fizičkih promjena, kemijske promjene su nepovratne. Razbiti aluminijsku limenku nogom je fizička promjena. Teoretski, moguće je ukloniti udubljenja i bore u aluminiju i vratiti ga u prvobitno stanje. Spaljivanje komada papira je kemijska promjena. Jednom kada je izgorjelo, ne može se izgorjeti.