Среди чистых веществ принято различать простые и сложные вещества. Простые вещества состоят из атомов одного вида элемента, т. е. они одноэлементны. Сложные вещества состоят из атомов разных элементов, т. е. они многоэлементны.
Простые вещества следует отличать от понятия “атом” и “химический элемент”. Простые вещества представляют собой формы существования элементов в свободном виде; каждому элементу соответствует, как правило, несколько простых веществ – аллотропных форм, которые могут различаться по составу, например атомный кислород О, кислород О₂ и озон О₃ или по кристаллической решетке, например алмаз и графит для элемента углерод. Очевидно, что простые вещества могут быть одно- и многоатомными.
Сложные вещества иначе называются химическими соединениями. Этот термин означает, что вещества могут быть получены с помощью химических реакций соединения из простых веществ — химического синтеза или разделены на элементы в свободном виде (простые вещества) с помощью химических реакций разложения — химического анализа.
Пример:

2Hg + O₂ → 2HgO

2HgO → 2Hg + O₂

Сложные вещества, образующиеся из простых веществ, не сохраняют химические свойства составляющих веществ.
В настоящее время понятия «синтез» и «анализ» химических веществ используются в более широком смысле. К синтезу относят любой химический процесс, который приводит к получению необходимого вещества и при этом существует возможность его выделения из реакционной смеси. Анализом считается любой химический процесс, позволяющий определить качественный и количественный состав вещества или смеси веществ, т. е. установить, из каких элементов составлено данное вещество и каково содержание каждого элемента в этом веществе. Соответственно различают качественный и количественный анализ — две составные части одной из химических наук — аналитической химии.