Potencijalna kemijska energija je energija pohranjena u materijalu koja se može osloboditi kemijskom reakcijom. Ova energija može doći od spajanja atoma ili molekula ili od razlaganja molekula. Oslobađa se u obliku topline, svjetlosti ili oboje. Obično je neka vrsta okidača neophodna za oslobađanje potencijalne energije, ali ovaj okidač može biti jednostavan kao samo miješanje dva materijala zajedno, kao što je dodavanje visoko reaktivnog metala, kalija, s vodom, što rezultira vrlo snažnom reakcijom koja oslobađa mnogo topline.
Stvaranje i raskidanje veza između atoma izvor je sve potencijalne kemijske energije. Ovisno o snazi takvih veza, količina pohranjene energije će varirati. Vrlo jake veze pohranjuju malu količinu energije, a slabe veće količine. Snažne veze su vrlo stabilne i zahtijevaju dodatnu energiju za prekid, što znači da se manje energije oslobađa kada se razbiju. Suprotno je istinito za slabe veze, tako da one zahtijevaju malo dodatne energije kao okidač za prekid i oslobađanje velike količine energije.
Ovaj princip potencijalne kemijske energije temelj je za naše korištenje mnogih svjetskih izvora energije. Ugljikovodična goriva, također poznata kao fosilna goriva, kao što su ugljen, nafta i njegovi rafinirani derivati, sadrže vrlo velike količine potencijalne kemijske energije. Kada se izgaraju, molekule tih tvari se spajaju s kisikom. To rezultira razbijanjem nekih molekularnih veza između određenih atoma u molekulama i stvaranjem drugih jer se atomi kisika ugrađuju u molekularnu strukturu, proces poznat kao oksidacija. Rezultat je oslobađanje potencijalne kemijske energije u obliku topline i svjetlosti, ali posebno topline, koja se iskorištava i koristi za pogon strojeva i pretvara u električnu energiju.
Pohranjena energija izražava se u standardnim međunarodnim jedinicama (SI) megadžula po kilogramu (Mj/kg), a količina energije pohranjene u tvari u odnosu na zadanu masu naziva se gustoća energije. To omogućuje usporedbu količine potencijalne kemijske energije pohranjene u jednoj tvari s drugom po masi. Ova vrsta energije može se oslobađati na različite načine. Za fosilna goriva obično se oslobađa izgaranjem. Za tvari poput hrane oslobađa se tijekom tjelesnih metaboličkih procesa, koji su kemijski identični sagorijevanju, ali se odvijaju puno sporije i kontroliranom brzinom.
Eksplozivi poput dinamita i nitroglicerina vrlo brzo oslobađaju svoju potencijalnu kemijsku energiju, što im daje eksplozivna svojstva. Većina eksploziva ima relativno nisku količinu potencijalne kemijske energije po masi, čak i u usporedbi sa stvarima poput šećera, ali njihova kemijska svojstva omogućuju oslobađanje te energije gotovo trenutno. Na primjer, nitroglicerin sadrži 6.5 Mj/kg, a sirova šećerna trska sadrži 19 Mj/kg.