1803年，道爾頓提出了化學原子論。他指出，原子是化學元素的最基本單位，在化學變化中保持不變。化學中的化合是原子以簡單數目比相結合。道爾頓的原子論隱含著原子之間存在相互作用的思想，但他沒有進一步對這種相互作用提出解釋。瑞典化學家貝采裏烏斯早就注意到這樣一些事實：有些物質能夠彼此化合，有些則不能。他試圖找出原因。在他從事化學研究的時候，物理學對靜電的研究已相當深入，對動電的研究也取得了進展，伏打電堆問世以後，對電解的研究也很有成績。正是在電學的啟發下，貝采裏烏斯提出了電化學二元學說。按照他的學說，元素的原子都有兩極，一極顯正電性，另一極顯負電性，二極的電性不相等，有的原子總體上顯正電性，有的原子總體上顯負電性，顯正電性的原子和顯負電性的原子相互結合。化合以後，電性不能完全抵消，產生的化合物可以再相互結合，形成第二級化合物，進而還可以相互結合，形成第三級化合物，如此等等。電化學二元學說把原子相互結合的原因歸結為靜電吸引。這個學說幾乎解釋了當時已知的無機化合物，卻在有機化學中遇到了困難。可是，這個學說力圖說明的問題，即化學結合的原因問題，並沒有因這個學說的衰落而失去意義，這個問題依然存在，而且一直困擾著化學家們。
此後，對這個問題的研究大體上是沿著兩個方向發展的。一個方向，可以稱之為化學方向，也就是對化合物的組成和變化的事實進行總結；另一個方向，可以稱之為物理化學研究方向，引用熱力學理論對化學反應進行分析。
一些化學家從化學實驗中發現，彼此發生化學結合的原子或基，都具有一定的數量關係。基於這種觀察和發現，提出了“化合力”、“原子數”、“親和力單位”等概念，後來形成了原子價概念。原子價或化合價，被認為是元素的原子所固有的一種性質，是形成化合物的能力。與此同時，還提出了化學鍵概念。原子價在一種意義上被理解為自由原子的結合能力，它是形成化學結合的原因；化學鍵被理解為已經實現了的化學結合，它是化學結合的結果。
19世紀中葉前後，熱力學取得了令人矚目的成就。熱力學是研究能量相互轉換所遵循的規律的一門科學。化學反應中既然伴隨著能量的轉化，因此熱力學理論可應用於化學反應的研究。吉布斯證明，在恒溫恒壓下如果在理論上或實踐上一個反應能夠用來完成有用功，這個反應是自發的；相反，如果由環境提供有用功致使反應發生，反應則不是自發的。恩格斯曾經說過：“功是從量方麵看出來的運動形成的變換”。一個化學反應能被用來完成有用功，就意味著發生了運動形式（能的形式）的變換，這種能做有用功的能就是自由能，又稱吉布斯自由能，常用符號G來表示。依據吉布斯的理論，如果G反應物＞G產物，則△G＜0，反應能自發發生；相反，如果△G＞0，反應不能自發發生；當△G=0時，反應達到平衡。
△G＜0是什麼意思？它表示一種動因，即推動化學反應的一種作用，用因果性術語來表述：如果存在自由能差，化學反應能夠從自由能高的向自由能低的方向進行；這個表述，若用前麵說過的公式來表示，相當於“如果A，那麼B”，這是規律的陳述形式。
19世紀末20世紀初，發現了電子，建立了原子的有核模型和核外電子層構型模型，化學家對原子價、化學鍵的實質有了進一步認識。依據科塞爾提出的離子鍵理論，正、負離子之間的靜電相互作用是化學結合的原因；根據路易斯提出的共價鍵理論，原子之間形成化學鍵的原因被歸結為兩個原子共有一對電子，價鍵理論在電子對鍵基礎上對原子之間的化學結合進行量子力學的說明；分子軌道理論把分子看作一個整體，電子在一定分子軌道上運動，分子軌道由原子軌道組成，原子軌道相互重疊形成化學鍵。
綜上所述，人類對化學因果性的探索形成了化學因果觀念，化學因果觀念的發展和演變，從一個側麵反映了人類對化學運動形式認識的曆史發展。化學因果觀念是對化學因果關係的反映。化學因果關係是怎樣的關係呢？
2.化學中的因果關係
前麵已經指出，因果律的一般公式可概括為：
如果C類條件實現，
則E類事件就會發生。
我們結合對化學反應的分析，首先研究條件集合C。化學反應可以寫成如下一般形式：
其中反應物可以是一種，也可以是兩種或兩種以上，化學中所說的反應條件，多種多樣，如溶劑、溫度、壓力、時間、催化劑等。因果律中的條件集合C，對化學反應來說，包括反應物和反應條件。
一個化學反應能否發生，首先與反應物本身的結構有關。從因果關係來看，反應物的結構是發生化學反應的內在根據。在兩種或兩種以上的物質發生反應的情況下，對所指的某種反應物而言，它的結構是發生反應的內在根據；同時，它又必須與另一種或幾種反應物發生相互作用，化學反應才能發生。例如，酸必須與堿發生作用才能發生中和反應，具有氧化性的物質必須與具有還原性的物質作用才能發生氧化還原反應，等等。這時，所指的反應物與其他反應物一起形成了反應物體係。就這個反應物體係而言，反應物之間的關係是體係內部的關係。這種關係是條件集合C中的一個方麵，它既不同於分子內部結構，也不同於反應條件，它是介於這兩者之間的要素。許多化學反應還必須有適宜的反應條件。這樣，條件集體C可以具體化為內部結構或內在根據，反應物之間相互作用和反應條件。後兩個因素，即反應物之間的相互作用和反應條件，對特指的某種反應物而言，都是反應借以發生的環境，可以叫做環境條件，相對於環境條件，特指的反應物結構稱為內在根據。在這裏，我們將條件集合C劃分成兩個基本要素：內在根據和環境條件。
具有某種結構的物質在不同環境條件下，可以發生不同的反應。這表明這種物質具有發生不同反應的可能性，而哪種可能性變成現實性，取決於環境條件。例如，在氧化還原反應中，某種反應物究竟是氧化劑還是還原劑，要由與其發生反應的物質的性質來決定。又例如，乙醇脫水，在不同溫度、用不同催化劑發生的反應不同，180℃在Al2O3存在下生成乙烯，用濃H2SO4作催化劑150℃生成醚。
可是，反應的可能性取決於內在根據，即化合物的結構。例如，至少有兩種可能的反應方向，是因為它的結構有兩種可能的變化：
多官能團分子一般都有發生不同反應的可能性，而哪種可能性變成現實性，要視環境條件而定。還以乙醇為例，用不同催化劑可以得到不同的產物，也就是發生了不同的反應。參見下麵的反應式：
劃分內在根據和環境條件，不僅反映了化學因果關係中條件集合的特點，而且具有實踐意義。化學家研究化學反應的目的，是為了認識化學反應的規律，用於指導實踐。在實踐中，化學家們總是希望化學反應朝著人們預期的方向進行，而且在這個方向上求得高效率，如高反應速率、高轉化率等。為此，一方麵分析反應物的結構，認識發生反應的可能性，另一方麵還必須研究環境條件，找出適宜的條件和控製方法，以便使所希望的可能性變成現實性，並獲得較高的收率。
劃分內在根據和環境條件，還可以說明規律和規律的實現方式之間的關係，並從具體情況出發，找出規律發生作用的具體途徑。規律是客觀的，是不依人們的意誌為轉移的；但規律的實現方式是多樣的，具有多種可能性。規律的實現方式不同，結果也就不同。規律的實現方式是可以選擇、可以控製的，同一種規律由於選擇了不同條件或設置了不同條件，實現方式不同，結果也就不同。選擇或設置不同條件，這是人的主觀能動性的體現。物質分子的內部結構是內在根據，它決定著化學客體的存在，也決定著與該化學客體有關的化學反應，決定著化學反應的可能性，因而也就決定著化學反應的規律性。改變環境條件不改變規律的性質，卻改變了規律借以實現的具體方式。環境條件本身也是客觀的，改變環境條件就是改變客觀事物之間的關係。如對某種反應物而言，選擇與之發生作用的不同物質，其反應進行的方向可能不同，選擇不同的催化劑，其反應進行的方式也不同，如此等等。改變，包括取消一些，增加一些，或更換一些，更換實質上是取消和增加的結合。如同一條河流，增加一些，築堤以阻止水的漫出；取消一些，清除河道中的阻礙物使河水暢流。取消和增加，改變了客觀物質之間的關係。這些是人工可以辦到的，是可以人為選擇的，但是規律本身是不能改變的。人們不能讓具有天然放射性的元素不放射射線，也不能讓放射線不服從相應的規律。這就是規律與規律的實現方式的辯證法，是規律的客觀性與發揮主觀能動性的客觀依據。
化學中的因果關係，具體表現形式是多種多樣的，概括起來，有兩種基本形式：因果鏈和交互作用。
化學中的因果鏈，原因引起結果，結果又作為原因引起新的結果。例如，NCl3的光分解，首先使NCl3分子分解，需要消耗能量，產生自由基，自由基是反應的產物，是結果，它又成為原因，進一步使NCl3分解，產生NCl2，不僅不再消耗能量，而且釋放出能量，NCl2又從結果轉化為原因，與NCl3發生反應，即引起NCl3分解，產生三個Cl自由基。反應式如下：
Cl＋NCl3→Cl2＋NCl2＋34千卡/摩爾
NCl2＋NCl3→N2＋Cl2＋3Cl＋35千卡/摩爾
化學中的交互作用。原因引起結果，結果又作用於原因，原因和結果發生交互作用。化學反應中的可逆反應，是交互作用的一個簡單例子。在反應物產物中，開始反應物發生作用生成產物，產物又成為反應物，它們發生作用又生成了它的產物（原來的反應物）。勒夏忒列原理表明，反應達到平衡以後，反應條件若發生變更，平衡向削弱或解除這種變更的方向移動。這就是說，條件的變更（原因）引起平衡移動（結果），平衡的移動（結果）又削弱或解除了這種條件的變更（原因）。
自催化反應，如用微量高錳酸鉀氧化草酸的反應，最初產生二價錳離子Mn2+，繼之發生如下反應：
C2O4H2＋2Mn3+→H2O＋2CO2＋2Mn2+
Mn2+不斷地被轉化成Mn3+，Mn3+使草酸分子氧化又重新被轉化成Mn2+。在這種循環中，Mn2+開始表現為原因，它引起結果（Mn3+），Mn3+又反過來轉化成Mn2+，結果本身變成了原因，而且變成了反應自身的原因。
化學振蕩屬於自催化反應。例如，溴酸鹽和丙二酸的反應，其計量方程可以表示如下：
經研究發現，反應開始後，體係中生成Br-，這是一種中間物；經過一段時間，中間物Br-的濃度以及Ce3+、Ce4+的濃度比呈周期性起落變化。如果略去對反應機理的詳細分析，可以用下麵的圖式來表示：
此圖式表示的意思是：該反應中的兩種反應物相互作用可以發生A過程，也可以發生B過程，究竟發生哪種過程，取決於Br-的濃度，即受[Br-]的大小的控製。[Br-]有一個臨界值，當[Br-]大於臨界值時，發生A過程，在此過程中[Br-]下降；當[Br-]降至臨界於值以下時，發生B過程，在此過程中，[Br-]逐漸上升，它阻化了B界於過程，[Br-]上升到臨界值以上，又發生A過程。A、B過程交替進B界於行，使中間物[Br-]與HBrO2的濃度及催化劑Ce4+和Ce3+濃度比產生周期性升降，形成了化學振蕩現象。。
這個反應過程說明了什麼呢？這個反應過程說明，[Br-]大於缺融臨界值，作為一種原因，引起A過程（結果），A過程的進行（結果）又使[Br-]下降，即反作用於原因；當[Br-]下降到臨界值以下，引諂養過程，這說明[Br-]的值（即低於臨界值的濃度值）又是引起，引贐過程的原因，B過程是原因引起的結果，B過程的進行又反作用於原因，使[Br-]上升。這樣，[Br-]的上升和下降，分別是引起A過程和B過程的原因，A過程和B過程的進行又反作用於它們各自的原因，A過程使[Br-]下降，B過程使[Br-]上升，以臨界值為A界，不斷起動A過程和B過程。在這個例子中，原因和結果的交互作用，得到了生動的、具體的體現。
因果關係或因果性，是客觀存在的關係和規律性，在化學過程中也是普遍存在的。在一定意義上可以說，化學家對化學過程的研究，其主要目的之一就在於揭示客觀的化學因果關係，因果製約性。這在化學理論研究中就表現為因果解釋。
3.化學中的因果解釋
因果解釋是化學中解釋的一般模式。在化學文獻中，我們常常可以看到這樣一些陳述語句：“……物質分子具有……性質或發生……反應，是因為（或原因在於）它具有……結構”，或者說，“……物質分子由於它的結構……所以有……性質或能夠發生……反應”。前一種陳述是解釋性的，表現為從結果去追溯原因，再用原因解釋結果；後一種陳述是從原因去說明結果，在解釋的同時含有預見性因素。
例如，比較下述幾種酸的酸性強弱，發現它們依次減弱，HCOOH＞CH3COOH＞H2CO3，這是已知的事實。原因是什麼呢？基於有關結構理論，有人提出如下解釋：
這個式子表示，HCOOH的酸性是由於誘導效應離解出H+；則可能發生兩種共軛效應，一種可能是，，另一種可能是，共軛效應（A）使共軛效應（B）降低，共軛效應（B）反過來又抑製了共軛效應（A），相互作用的結果使共軛效應（B）不可能像HCOOH那樣離解出那麼多的H+，致使CH3COOH的酸性弱於HCOOH。同理，H2CO3也有兩種可能的共軛效應，它們之間的相互作用更強烈，因而酸性更弱。這個例子是從已知事實出發，從理論上對事實作出解釋，表現為從結果去追溯原因。
又例如，1960年，伍德沃德在領導維生素B12的合成中發現，將一種化合物（A）加熱，原來預計得到產物（D），結果卻生成了另一種產物（B）。經過深入分析得知，化合物（D）和（B）二者之間在結構上的差別，僅僅在於兩種化合物都具有的兩個基團（Me-和MeO2C）在環平麵的上下位置不同。進一步的實驗研究發現，化合物（B）經光照射後，發生開環反應，得到原來預計的產物（D）。（D）經光照後又轉化為起始反應物（A）。伍德沃德意識到，在這類反應中包含著一種尚未認識的重要控製因素。經過與霍夫曼共同研究，探明了反應物（A）的分子軌道對稱性和產物（B）的分子軌道的對稱性是一致的，而（D）的分子軌道的對稱性與（A）的分子軌道對稱性不一致。經過他們的共同研究，得出了結論：當反應物與產物的分子軌道對稱性一致時，反應易於發生；當它們不一致時，則反應難於進行。這個認識過程（經過高度簡化了的過程）表現為，從結果[預計由（A）產生（D）而實際生成（B）]去追溯原因，最終察明了原因，即（A）和（D）的分子軌道對稱性不一致，而（A）和（B）的分子軌道對稱性一致。總結出分子軌道對稱守恒原理以後，又可進而解釋和預言。可表述為：由於分子軌道對稱性一致，能夠發生協同反應。這種表述可以改寫成規律陳述：如果分子軌道對稱性一致，那麼發生協同反應。
從結果去追溯原因，以原因解釋結果，這是化學事實和理論解釋之間關係的一種表現形式，也是化學發展的一種重要形式。我們以原子價理論的發展為例做些具體分析。原子價理論建立以後，解釋了許多化學經驗事實。隨著化學的發展，要說明的化學經驗事實越來越多，越來越複雜。從原子電子層結構去解釋化學經驗事實常常遇到困難，這就不得不從已知的化學鍵的性質和數目等事實去認識原子的原子價，歸根到底也就是更進一步探索原子的電子結構。在這裏涉及兩種因素：一種是已知的化學經驗事實；另一種是關於原子電子層結構方麵的理論知識。從原則上講，前者是研究問題的出發點，從已知的事實出發，不斷修正、補充和發展結構理論；前者應當能夠從後者中推論出來。這樣，從兩種因素自然引出兩條認識發展的途徑，一條是從結果去探察原因，另一條是從原因去說明結果。原子價概念和理論正是在這兩種因素、兩條認識途徑的相互矛盾和相互作用中發展的。當用碳原子的基態電子結構不能解釋碳為什麼是四價的問題時，一些化學家提出了“價態”概念，試圖用碳的激發態的電子結構進行解釋，同樣，為了說明其他化學事實，又陸續提出了“雜化”、電子對授受等概念。
化學中的因果解釋，有三個重要特點：
第一，注意主要原因和結果。化學與物理學相比較，具有其特殊性。物理學常常從高度抽象的模型出發，分析物質運動的一般規律；化學則要研究各種具體的對象，研究多種多樣的元素、分子、化學反應。從這方麵說，化學研究的內容是極其豐富和極其複雜的，這就決定了化學中涉及的因果關係的複雜性。從結構上看，一個分子係統，一般是由兩個或兩個以上原子核與核外電子組成的體係，涉及多粒子及其相互作用。從化學反應來說，由於參加反應的物質不是絕對純的物質，因此實際的化學反應，有主要反應，也伴隨著複雜的次要反應或副反應。這種情況就決定了化學家們在進行研究的時候，不得不舍棄次要的，抓住主要的，這種因果解釋在化學中是一貫的，甚至可以說已經形成了一種傳統和習慣。例如，在化學反應中，分主反應和副反應，把反應物視為純物質，著重研究它們所產生的結果。在原子價的電子理論中，分價電子和非價電子，著重研究價電子的行為及其產生的效應。在研究共軛烯烴化合物時，主要考慮π電子的作用，忽略σ電子的作用。福井謙一基於分子外層軌道的主導作用，提出了前線軌道概念，建立了前線軌道理論。正如福井謙一本人所說的：“前線軌道理論不限於為了解釋隻用電子密度難以說明的關於定向性的經驗事實而開始引入軌道概念的，其重要意義還在於首先指明將HOMO（即最高占據軌道），LUMO（即最低空軌道）這些特定軌道與其它軌道相區別，而這些特定軌道的重要性在環加成反應的選擇定則中又顯示了出來。”所有這些都說明，化學中的因果解釋注意主要原因和主要結果。可以這樣說，區分主要原因和次要原因，注意研究主要原因及其結果，是化學研究中的重要的方法論原則，也是促使化學研究取得進展的重要因素。
第二，追溯因果鏈。所謂因果鏈，正如前麵講過的，是原因引起結果，結果又作為原因引起結果，或相反，從結果去追溯原因，進而追溯原因的原因。例如，在有機化學中對分子重排的解釋就是這樣。霍夫曼（Hoffmann）分子重排，如下式所示：
有人對其機理作如下解釋：由於C原子和O原子相連（原因1），使C原子的電負性增大（結果1）；由於C原子的電負性變得很大（原因2），
不穩定（原因3），導致分子自身結構的改變，使C、N間形成雙鍵（結果3）。類似的因果解釋在化學中是普遍存在的。
在化學結構理論的建立和發展過程中，最初通過對化學經驗事實的總結，提出了原子價概念，建立了原子價理論。原子價表現為原子結合成分子的原因。發現電子和建立原子核外電子結構模型以後，又把形成價鍵的原因歸結為電子的轉移或電子對。量子化學建立後，又進一步把成鍵的原因歸結為電子在原子核之間出現的幾率大。從結果去追溯原因，從一種原因追溯到更深的原因，原來的原因就轉化成了結果。