自然界多姿多彩，無限多樣，但是組成世界萬物的基礎——化學元素卻是有限的。它們不是彼此孤立地存在著的，而是形成一個完整的化學元素周期體係。曆代的化學家們研究和發現化學元素，曾經走過一條坎坷不平的艱辛道路。元素周期律遲至19世紀60年代才被發現，化學從此才第一次具備較完整的理論體係。
我國遠在商周時代就開始研究元素。在戰國時代形成了金、木、水、火、土“陰陽五行”說。
在古印度的孔雀王朝時代，也產生了地、水、風、火“四大元素”說。在古代，無論中國和外國，對於物質構造的認識，基本上可以歸納為兩種理論：原子論和元素論。
17世紀70年代，英國化學家波義耳在觀察和實驗的基礎上，公開向傳統的化學觀念挑戰並提出了化學元素論的科學概念。他認為化學元素是用一般化學方法，不能再分解為更簡單的某些實物，是原始的和簡單的物質，或者是完全純淨的物質。
18世紀下半葉英國化學家普利斯特列等人發現氧。法國化學家拉瓦錫據此建立了燃燒的氧素理論，證明燃素的不存在，否定了燃素學說。
化學科學對於元素的認識，在十分漫長的歲月裏，經曆了一個否定之否定的過程，最終在發現了幻想的元素的真實對立物——氧元素之後，才真正確立了現代的元素論。
此後，許多金屬和非金屬元素相繼被發現。到1871年，已經發現了63種元素。
1869年俄國化學家門捷列夫發現了元素的性質隨著原子量增加而呈現周期性變化的規律，即化學元素周期律。由元素所組成的一個完整的周期體係，稱為元素周期係。從此化學科學形成了完整的理論體係。
20世紀以來，化學進一步深入到原子內部結構的研究，提出了原子結構和原子核結構理論，因而更深刻地闡述了元素周期律的本質。到20世紀50年代，已經基本上弄清了元素周期律的本質。
在原子和原子核結構理論的指導下，自20世紀40年代起，開始人工合成92號元素鈾以後的新元素。到目前為止，已經人工合成出第112號元素。這些人工合成的新元素稱為超鈾元素。
以核反應和核裂變為研究對象的核化學，實現了古代煉金術家的夢想，可以成功地把賤金屬汞轉變為金，而且人工合成了許多新元素，被人們稱為“新煉金術”。
人類的認識能力是無限的，科學的發展也無止境。人們對於化學元素的認識，正在不斷地深入和發展。