生命物质的重要基本元素有25种，其中碳、氢、氧、氮占量96%以上。 在生命体内发生的化学反应称为新陈代谢(metabolism)，使物质发生分解和重组。这些化学反应只有在适宜的条件下才会发生。除了能量，温度和浓度等条件，内环境中的酸碱度也非常重要。 水是所有生命体的重要组成部分，在人体中占70%，因为大多数生理活动都必须在分子和离子能够自由移动并彼此碰撞的条件下才能进行，水还起到物质运输的作用。水是极性分子，通过吸引离子或其他分子极性，它可以溶解许多化合物和极性分子。水有较大的比热，因此能抵抗温度变化帮助细胞维持体内环境稳定。 长时间的分子的热运动和碰撞使得分子从高浓度区域向低浓度区域的净位移，称为扩散(diffusion)。扩散的速度取决于三个因素：浓度、温度和压力。不同空间的浓度差异称为浓度梯度，扩散从高浓度向低浓度方向进行。扩散达到浓度稳定后，扩散作用并未停止，而是处于动态平衡。 碳水化合物(carbohydrate)是由碳、氢、氧按1:2:1的比例通过把小分子连接成长链多聚体(polymer)的生物大分子。最简单的碳水化合物是单糖，如葡萄糖和果糖这一对同分异构体。两个单糖分子结合可形成双糖，如蔗糖。 多糖则是由许多单糖组成的多聚物，如淀粉、糖原和纤维素。淀粉由葡萄糖支链构成，植物细胞用它来储存能量。糖原由一种高度分支的葡萄糖多聚体构成，哺乳动物用它来储存能量于肝脏中。纤维素则是由葡萄糖长链交织成网状而构成。 脂类(lipids)是一种由大量碳和氢，少量氧构成的无极性因此不溶于水的生物大分子，如脂肪、油、蜡和类固醇等。常见的脂类由三个脂肪酸分子与一个甘油分子连接而成。如果脂肪酸长链中的每个碳原子和相邻碳原子都以单链相连，为饱和脂肪酸；如果长链中存在至少一个双键，为不饱和脂肪酸；如果长链中存在多个双键，则为多元不饱和脂肪酸。细胞的能量储备、绝缘性和保护性外膜都需要脂类。 蛋白质(protein)是由碳、氢、氧、氮、和硫组成的复杂的多聚体。构成蛋白质的基本单位是氨基酸(amino acids)。常见的氨基酸约有20种。一个氨基酸氨基中的-H与另一个氨基酸羧基中的-OH脱水缩合，使这两个氨基酸通过肽键(peptide bond)连接在一起。不同的排列组合可以形成数千种形状大小各异的蛋白质。因为有些氨基酸呈酸性，有些呈碱性，有些呈中性，它们的相互吸引或排斥作用使得氨基酸长链发生扭曲和折叠。还有许多蛋白质由多条氨基酸链通过链间氢键组成。最终折叠形成的三维结构对于蛋白质功能极为关键。比如酶(enzyme)表面的活性点的形状与底物的形状相匹配而加快反应速度。此外，蛋白质在肌肉收缩，血氧运输和免疫调节等都有着重要作用。 核酸(nucleic acid)是储存细胞密码信息的由核苷酸(nucleotides)组成的复杂大分子。核苷酸由以碳、氢、氧、氮、和磷为成分的碱基、单糖、和磷酸基团三部分组成。DNA便是由脱氧核糖核苷酸缩聚而成的脱氧核糖核酸。RNA则是由核糖核苷酸缩聚的核糖核酸。
