Antik çağlarda farklı kültürlerden insanlar maddenin yapısını anlamaya çalışmışlardır. Bu dönemde Dört Element Kuramı ve Atom Kuramı öne sürülmüştür. Eski Yunan filozoflarının bir bölümü maddenin sınırsız olarak bölünebileceğini ifade ederken bir kısmı da maddenin tanecikli yapıda olup atomlardan oluştuğu ifade etmiştir. Yunan filozoflardan Democritus atom düşüncesini açıkça ifade etmiştir. Thales’e göre her şey sudan meydana gelmekte yine suya dönmekteydi. Democritus, tüm maddelerin özelliklerinin maddeyi oluşturan atomların özelliklerinden kaynaklandığına inanmıştır. Maddelerin birbirinden farklı olmasının nedenini, atomların şekillerinin farklı olması veya aynı şekildeki atomlardan oluşmuş olsalar bile bu atomların düzenlenmelerinin farklı olmasına bağlamıştır. Örneğin, katıları oluşturan atomların pürüzlü olmasından dolayı birbirine tutunduğu, sıvıları oluşturan atomların pürüzsüz olmasından dolayı birbiri üstünden kayabildiği düşünülmüştür. Farklı maddelerin neden farklı olduğunu sorgulayan filozoflar maddenin bölünebilirliğini sorgulamış, tüm maddelerin bir tek temel maddeden veya elementten oluştuğunu düşünmüş ve bu temel elementi belirlemeye ve tanımlamaya çalışmışlardır. Sicilyalı Emdedokles, sevgi ve nefret gibi kavramları madde ile özdeşleştirerek maddenin itme ve çekme kuvvetleri sayesinde bir arada bulunduğuna inanmıştır. Ayrıca Dört Öge Kuramını ortaya atmış ve dört temel element olduğunu öne sürmüştür: toprak, hava, su ve ateş. Empedokles’e göre tüm maddeler bu dört temel elementin çeşitli oranlarda birleşmesiyle oluşmuştur. Simyacılar daha çok Aristo’nun fikirlerinden etkilenmişlerdir. M.Ö. 4. yüzyılda yaşayan Aristo, Empedokles’in dört element ögelerinden etkilenmiş ve bu dört elementi uygun bir şekilde düzenleyerek “ıslak, kuru, soğuk ve sıcak” kavramlarını açıklamıştır. Aristo’ya göre, tüm maddeler su, toprak, hava ve ateş olmak üzere dört ana elementten oluşmaktadır. Bu kabul tamamen düşünceye dayalı hiçbir denel gerçeklik temelini oluşturmaz. Aristo’nun bu dört elementinin ilkelerini de, kuruluk→ ıslaklık→ sıcaklık→ soğukluk oluşturuyordu. Ayrıca dört ana element olarak kabul ettiği su, toprak, ateş ve havanın değişik şekillerde birleşmesi sonucu oluştuğunu ve bu maddelerin sıcak-ıslak, ıslak-soğuk, soğuk-kuru, kuru-sıcak gruplarından birine dahil olabileceğini varsaymıştır. Simyacılar uzun yıllar Aristo’nun bu görüşünü benimsemişler.
Simyacılarca uzun yıllar kabul gören dört element ve dört nitelik
Soğuk + Islak → Su (sıvı) Soğuk + Kuru → Toprak (katı) Islak + Sıcak → Hava (gaz) Kuru + Sıcak → Ateş (Isı kaynağı)
İslam uygarlığında maddelerin yeniden incelenmesi, yeni maddelerin sentezlenmesi ve sınıflandırılması ile ilgilenilmiştir. Cabir bin Hayyan, Ebu Bekir er-Razi gibi Türk-İslam bilginleri yaşadığı dönemde meşhur olan Orta çağ Avrupa’sının simya alanına önemli katkılar yapmışlardır. Cabir bin Hayyan, dünya üzerinde ilk kimya laboratuvarını kurmuş, yaptığı ilmi araştırmalarla ve yetiştirdiği talebelerle kimya ilmine birçok katkıda bulunmuştur. Deneylerle kullanılabilecek bazı aletler yaparak bunların kullanış metodunu izah etmiştir. Damıtma işleminde kullanılan imbik aleti ile bitkilerden esans ve bazı asitleri elde etmiştir. Nitrik asit, sülfürik asit gibi bir çok asit ile madenleri çözmüş, ayrıca nitrik asitle hidroklorik asidi birleştirerek o gün için altın ve platini çözen tek madde durumundaki altın suyunu (kral suyunu) keşfetmiştir. Atomun parçalanabileceğine inanmıştır ve damıtmada kullanılan imbiği geliştirmiş baz kavramıyla kimyanın gelişmesine katkıda bulunmuştur. Ebubekir er-Razi, Orta Çağ’ın önemli İslam bilginidir. Büyük hekim ve simyacı olup, bilgilerini tıp alanında kullanmıştır. İlk kez çiçek ve kızamık hastalıklarının tedavisini sağlamıştır. Kostik sodayı, gliserini keşfetmiş, alkolü antiseptik olarak tıpta kullanmış, karıncalardan damıtma yoluyla formik asidi (karınca asidini) elde etmiştir. Beher, törpü, makas, spatula, maşa vb. birçok araç-gereç kullanmıştır. Maddenin atomlar ve boşluktan oluştuğu görüşüne dayanarak, uzayda atomlar ne kadar sıkışık kümelenirse, oluşturdukları maddenin de o kadar yoğun olacağını, hava, su, toprak örnekleriyle ortaya koymuştur. Yöntemli bir şekilde yaptığı deneylerle kimyayı sapkınlıklardan, altın yapma iddiasındaki simyacılardan arındırmış; kimyaya, elementler ve onların bileşimleri ile uğraşan bir bilim kimliği kazandırmıştır.
Simyadan kimya bilimine aktarılan önemli bulgular arasında; madenlerin işlenmesi, boyar maddeler hazırlama, alaşımlar hazırlama, barut üretimi, sabun üretimi, cam ve mürekkep üretimi, esans ve kozmetik üretimi, metallerin karıştırılması, seramik üretimi sayılabilir. Ayrıca bir çok araç-gereç geliştirmiş ve bugün laboratuvarda kullandığımız araçların bazılarının ilk hallerini de basit düzeyde kullandıkları anlaşılmıştır. (Fırın (ısıtma kabı), imbikler (damıtma düzeneği), potalar (eritme kapları), saklama kapları vb.)