المادة هي أي شيء يشغل حيزًا وله كتلة. تتكون من ذرات عناصر مختلفة. جميع العناصر الـ 92 التي تحدث طبيعيًا لها خصائص فريدة تسمح لها بالاندماج بطرق متنوعة لتكوين مركبات أو جزيئات. الذرات، التي تتكون من بروتونات ونيوترونات وإلكترونات، هي أصغر وحدات العنصر التي تحتفظ بجميع خصائص ذلك العنصر. يمكن التبرع بالإلكترونات أو مشاركتها بين الذرات لتكوين روابط، بما في ذلك الروابط الأيونية والتساهمية والهيدروجينية، بالإضافة إلى تفاعلات فان دير فالس.

للماء العديد من الخصائص الحاسمة للحفاظ على الحياة. إنه قطبي، مما يسمح بتكوين روابط هيدروجينية، والتي تسمح للأيونات والجزيئات القطبية الأخرى بالذوبان في الماء. لذلك، الماء مذيب ممتاز. تمنح الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء الماء القدرة على الاحتفاظ بالحرارة بشكل أفضل من العديد من المواد الأخرى. مع ارتفاع درجة الحرارة، تتكسر الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء وتتجدد باستمرار، مما يسمح لدرجة الحرارة الكلية بالبقاء مستقرة، على الرغم من إضافة طاقة متزايدة إلى النظام. تسمح قوى التماسك للماء بخاصية التوتر السطحي. كل هذه الخصائص الفريدة للماء مهمة في كيمياء الكائنات الحية.

الأس الهيدروجيني للمحلول هو مقياس لتركيز أيونات الهيدروجين في المحلول. المحلول الذي يحتوي على عدد كبير من أيونات الهيدروجين يكون حمضيًا وله قيمة أس هيدروجيني منخفضة. المحلول الذي يحتوي على عدد كبير من أيونات الهيدروكسيد يكون قاعديًا وله قيمة أس هيدروجيني مرتفعة. يتراوح مقياس الأس الهيدروجيني من 0 إلى 14، حيث يكون الأس الهيدروجيني 7 متعادلاً. المحاليل المنظمة هي محاليل تعدل تغيرات الأس الهيدروجيني عند إضافة حمض أو قاعدة إلى نظام المحلول المنظم. المحاليل المنظمة مهمة في الأنظمة البيولوجية بسبب قدرتها على الحفاظ على ظروف أس هيدروجيني ثابتة.

الكائنات الحية قائمة على الكربون لأن الكربون يلعب دورًا بارزًا في كيمياء الكائنات الحية. يمكن لمواقع الترابط التساهمي الأربعة لذرة الكربون أن تؤدي إلى تنوع واسع من المركبات ذات الوظائف العديدة، مما يفسر أهمية الكربون في الكائنات الحية. الكربوهيدرات هي مجموعة من الجزيئات الضخمة التي تعد مصدرًا حيويًا للطاقة للخلية، وتوفر دعمًا هيكليًا للعديد من الكائنات الحية، ويمكن العثور عليها على سطح الخلية كمستقبلات أو للتعرف الخلوي. تُصنف الكربوهيدرات إلى سكريات أحادية وسكريات ثنائية وسكريات عديدة، اعتمادًا على عدد المونومرات في الجزيء.

الدهون (الليبيدات) هي فئة من الجزيئات الضخمة غير القطبية وكارهة للماء بطبيعتها. تشمل الأنواع الرئيسية الدهون والزيوت، والشموع، والفوسفوليبيدات، والستيرويدات. الدهون والزيوت هي شكل مخزون للطاقة ويمكن أن تشمل ثلاثيات الغليسريد. تتكون الدهون والزيوت عادة من أحماض دهنية وغليسرول.

البروتينات هي فئة من الجزيئات الضخمة التي يمكن أن تؤدي مجموعة متنوعة من الوظائف للخلية. تساعد في الأيض من خلال توفير الدعم الهيكلي ومن خلال العمل كإنزيمات أو نواقل أو هرمونات. اللبنات الأساسية للبروتينات هي الأحماض الأمينية. تُنظم البروتينات على أربعة مستويات: أولية وثانوية وثالثية ورباعية. يرتبط شكل البروتين ووظيفته ارتباطًا وثيقًا؛ أي تغيير في الشكل ناتج عن تغيرات في درجة الحرارة أو الأس الهيدروجيني أو التعرض الكيميائي قد يؤدي إلى تمسّخ البروتين وفقدان وظيفته.

الأحماض النووية هي جزيئات تتكون من وحدات متكررة من النيوكليوتيدات التي توجه الأنشطة الخلوية مثل انقسام الخلية وتخليق البروتين. يتكون كل نيوكليوتيد من سكر خماسي وقاعدة نيتروجينية ومجموعة فوسفات. هناك نوعان من الأحماض النووية: الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA).