Émergence de l'Alchimie. Bon nombre des progrès scientifiques majeurs du XVIIIe siècle concernaient la chimie. La chimie était à l'origine le domaine des alchimistes, dont Isaac Newton (1624-1727), qui sont souvent associés dans l'esprit moderne à la recherche «mystique» de la «pierre philosophale» réputée pour transformer les métaux de base en or et assurer l'immortalité. Pourtant, les érudits modernes ont attribué à ces alchimistes / chimistes l'avancement des connaissances chimiques et leur contribution au développement de méthodes et d'équipements scientifiques modernes. Aux Lumières, la chimie était devenue une discipline basée sur une recherche scientifique rationnelle. Il a également eu un avantage économique évident et direct. Les différents États européens, ainsi que les fabricants et les commerçants individuels, ont contribué à faire progresser le développement de la chimie en tant que science en exigeant certains produits et en fournissant souvent les ressources nécessaires à des enquêtes systématiques sur leur développement. De nombreux scientifiques «purs» se sont joints à la quête pour développer une poudre à canon plus combustible et ne fumant pas, de nouvelles couleurs de colorants pour textiles et des agents de blanchiment qui rendraient la production de tissu blanc économique. Les recherches fructueuses des chimistes du XVIIIe siècle ont cimenté l'alliance croissante entre les scientifiques, les entrepreneurs et l'État, qui à son tour a conduit à des progrès encore plus importants au XIXe siècle. Les recherches pratiques associées à l'exploitation minière et à la production de colorants textiles ont contribué à un ensemble de connaissances que les scientifiques pourraient utiliser pour les aider à expliquer l'univers. Par exemple, en 1803, John Dalton (1766-1844), un instituteur à Manchester, en Angleterre, proposa une doctrine qu'il appela «atomisme», en basant sa théorie sur les découvertes des chimistes français Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794), Claude- Louis Berthollet (1748-1822) et Jean-Antoine Chaptal (1756-1832). L'atomisme de Dalton était le début de la théorie atomique moderne.
Atomisme. L'expérimentation avec les gaz a convaincu Dalton que les éléments étaient constitués d '«atomes», qu'il définissait comme indivisibles, et que les substances étaient constituées de proportions variables d'éléments. Il a conçu un nouveau système de notation chimique dans les équations (comme dans H2O) et a formulé des lois physiques pour décrire les rapports. Bien que l'atomisme n'ait été accepté que lentement, au milieu du XIXe siècle, il avait révolutionné la chimie et transformé la façon dont les cultures occidentales regardaient le monde physique. Après des décennies de recherche sur la relation entre les gaz et la combustion, en 1774, le pasteur anglais Joseph Priestley (1733-1804) a identifié une substance connue sous le nom d'oxygène. Priestley a compris qu'au soleil, les plantes vertes utilisent du dioxyde de carbone et produisent de l'oxygène. Il a également constaté que la combustion dans l'air résulte de l'oxydation; par exemple, il a reconnu que dans les incendies, la substance qui brûle est l'oxygène. Lavoisier a développé la percée de Priestley, donnant son nom à l'oxygène et réalisant que toutes les réactions chimiques peuvent être placées dans un système rationnel composé d'éléments. Selon Lavoisier, il y avait trois composés chimiques de base: les acides comprennent l'oxygène plus les non-métaux; les bases sont l'oxygène plus les métaux; et les sels sont des acides plus des bases. Ce nouveau système de taxonomie chimique a ouvert la voie à de vastes progrès pratiques à la fin du XVIIIe siècle. Le chimiste russe Dmitri Ivanovich Mendeleïev (1834-1907) s'est appuyé sur les travaux de Lavoisier en créant le tableau périodique moderne des éléments en 1869. Après avoir identifié des substances au XVIIIe siècle, les chimistes du XIXe siècle ont commencé à comprendre leurs structures. Les idées de Priestley, Lavoisier et d'autres chimistes du début de l'ère industrielle ont jeté les bases de la recherche chimique sur les plantes et les animaux au niveau moléculaire, marquant le début de la chimie organique. Entrepris à Paris par les successeurs de Lavoisier et dans le monde germanophone par Justus von Liebig (1803-1873), ces recherches nécessitent une approche prudente et systématique. Liebig a établi le modèle du laboratoire de recherche moderne de Giessen en 1825. Son approche «pratique» de l'enseignement et sa recherche d'utilisations productives des progrès scientifiques se sont rapidement répandues dans d'autres universités et centres de recherche allemands. La prédominance allemande dans la recherche chimique européenne a conduit à un avantage économique plus tard dans le siècle.
Nouvelles approches. Les découvertes de chimistes français et allemands, dont Louis Pasteur (1822-1895), ont révélé que pour comprendre la nature d'une molécule, il ne suffit pas de déterminer sa formule chimique, qui n'indique que les types et le nombre d'atomes de cette molécule. Il faut aussi découvrir la structure d'une molécule, c'est-à-dire comprendre comment ses atomes sont liés. Ayant découvert comment déterminer la configuration des molécules, les chimistes ont développé la capacité de substituer des atomes et de transformer une substance en une autre. En 1870, il y avait environ quinze mille composés organiques connus; en 1910, il y en avait cent cinquante mille. La première application pratique de la nouvelle science de la chimie organique a été la découverte de colorants synthétiques. En 1856, l'Anglais William Henry Perkin a découvert comment fabriquer le premier colorant artificiel. Fabriqués à partir de goudron de houille, un résidu de l'industrie du gaz, les colorants aniline de Perkin ont été adoptés par l'industrie textile allemande, dont les scientifiques ont développé plus de mille colorants synthétiques différents avant 1914. Les colorants synthétiques allemands étaient si populaires qu'ils ont chassé les colorants naturels du marché et les prix des colorants ont chuté des deux tiers. En 1913, l'Allemagne fabriquait 90 pour cent des colorants utilisés dans le monde. En faisant de l'Allemagne le principal fabricant de colorants synthétiques lucratifs, les chimistes allemands ont noué des liens si étroits avec l'industrie qu'ils ont pu attirer le soutien financier et institutionnel pour d'autres types de recherche, ce qui a produit de nouveaux dividendes spectaculaires.