（第一节）四元素学说
元素和化合物的定义所依据的概念，虽然现在看来差不多是显然的，却经过许多世纪的努力才得到。
元素的观念，最早清楚地表述在希腊哲学家的学说中。泰勒斯(公元前640-前546年)认为万物由水生成；阿那克西米尼(公元前560-前500年)认为万物由空气生成；赫拉克利特(公元前536-前470年)认为万物由火生成。恩培多克勒(公元前490-前430年)引入事物的四“根”的观念：火、空气、水和土；他还引入使它们结合与分离的两种力量——吸引与排斥。
“元素”这个词首先为柏拉图所使用，他假定事物都是由无形式的原始物质(或者就是空间)取得“形式”后产生的。每个元素的微细颗粒各有其特殊的形状：火为四面体，空气为八面体，水为二十面体，土为立方体，它们都是用两种直角三角形从空间截取出来的。这些元素可以通过分解成三角形再把这些三角形重新结合起来而使它们按一定比例互相转变。柏拉图对话集《蒂迈欧篇》包括无机物和有机物的组成的一些论述，这是最原始的化学论著。
亚里士多德(公元前384—前322年)总结了前辈思想家的理论，发展成这样的看法，即万物都由叫hule的原始物质生成，在它的上面可以印上种种不同的形式，形式多得像雕刻家可以从一块大理石刻出种种不同的雕像一样，虽然亚里士多德宁愿认为形式是由内部发展起来的，就像有机体的生长一样。他把形式称为eidos，这些形式可以去掉并换上新的形式，因而导致元素蜕变这一观念的出现。亚里士多德认为物质的基本性质是热、冷、湿、干，他把它们成对地组合，得出所谓四元素，即火、空气、土、水。
由此，水是又冷又湿的东西的典型，火是又热又干的东西的典型，如此等等。他在这四种物质元素之外，又加上第五种(非物质)元素，在以后的著作中称为“第五要素”。这个元素同以太相当。他认为这些元素都是自动地成为土(向下)、水(海洋)、空气(大气)、火以及以太(天空及天体)的。
亚里士多德把元素或“单体”定义为“这样一种物体，其他物体可以分解成它，而它本身不能再分割成其他物体”。他能区别开机械混合、溶液和使性质完全改变的化学变化。他是头一个提到水银（他称为“银水”）的希腊人。他说，在容器中蒸发海水，蒸气在冷的盖子上凝结成淡水，并且(错误地)说，用同样方法可以从酒中得到水，可见，他知道最简单的蒸馏方法。他把几种化学手续加以分类，并各取一个特殊的名称。他(遵循柏拉图的见解)认为金属大多是水，还列举出动物和植物的“均质”部分，这样就构成一部原始的有机化学。他的学生提奥夫拉斯托斯(公元前372—前288年)所论述的植物和矿物更加完备一些。
四物质元素学说一直到18世纪末期都被认为是正确的；一直到19世纪末，以太都还被当成是光传播的媒质；许多这样的基本观念都来自古希腊。
帕加莫斯的伽伦把亚里士多德的学说用到医学上。他认为四元素在身体中表现为四种体液(血液、黏液、胆汁、黑胆汁)，它们在健康的身体中处于平衡状态（这种观念溯源于阿那克萨哥拉(公元前450年)），疾病是由于某种元素占优势引起的。
（第二节）古典时期的化学知识
在古典时期，人们就已经知道一些化学物质，像铜、铁、锌的氧化物，明矾，铁和铜的硫酸盐，砷和汞的硫化物，植物和动物的产物(包括染料)，等等；这些物质和一些化学操作法像金属和合金的加工，用金的水银溶液镀金，以及金和银的提纯，在狄奥斯库瑞德(公元60年)、大普林尼（公元23-79年，有名的《自然史》(共37卷)的作者）和伽伦的著作中曾被描述过。
我们发现甚至在这些人之前，提奥夫拉斯托斯已经描述过一些简单的化学操作，例如，铅白(希腊文)的制造：“把铅放在盛浓醋的陶器中，一般经过十天左右，铅上就长上一层锈，这时他们就打开器皿，把锈刮出来，然后再把铅放在醋中，一再重复这种刮削手续，一直到所有的铅都变成锈为止。把刮下来的锈研成粉末再和水一起长时间地煮沸，最后，沉积在容器底下的就是铅白”（《石论》）。这种手续描述得非常确切。
普林尼这样描述水银的制造：“他们把minium(西班牙产的辰砂)放在一个陶器中，陶器周围用黏土封好，其上放上一口铁锅，锅上盖上另一个封好的罐。在陶器罐之下，生上旺火，并且不断地鼓风。放出来的蒸气经过循环，最上层的器皿会出现露珠，把这些露珠擦去，它流动如水但颜色似银。”这个原始的升华或蒸馏过程的描述是有缺点的，无疑这是普林尼从一个他自己还没理解清楚的作者那儿抄来的。
可以料想，这些方法会引起学者的兴趣，虽然，他们建立理论时确实也提出实际操作，但似乎只有少数人实地去做实验，并且，在罗马帝国(除了埃及以外)并不怎么尊重自然科学的研究。那里的加工贵金属的最精巧的手艺，似乎很长一段时期是由僧侣或者寺院中的专门工匠培植起来的，而实践的传统也是一代一代地传下去。
（第三节）化学纸草
上面叙述的这类埃及秘方构成了有名的莱顿纸草的内容。莱顿纸草是1828年在埃及底比斯的坟墓中发现的，现保存在莱顿博物馆。同样的纸草的另一部分送到斯德哥尔摩，所以称为斯德哥尔摩纸草。纸草是在公元300年左右用希腊文写成，其上记载的秘方可能从更古老的埃及原始材料中抄来。它可能是一个制造伪金的匠人的记录本。莱顿纸草的秘方的主要内容是仿造金和银的合金，它被当成一种金属；另外还有合金与包金物的制造方法，这些东西可以“充当”贵金属，甚至“比真的都好”(简直是现代的技巧)。斯德哥尔摩那部分纸草主要是论述宝石、贵重染料及其仿制品。无疑，照原作者看来，贵金属、宝石及价值昂贵的染料的仿制品绝不是真的。我们引一段莱顿纸草的记载就可以说明这种看法：
“把金和铅研成粉末，细如面粉，以2份铅对l份金混在一起，用胶调和，用这种混合物把铜环盖满，然后加热。重复几次直到这环带上颜色。很难检查出它是赝物，因为试金石给出纯金的标记。加热耗掉了铅而不是金。”
斯德哥尔摩纸草上的秘方可翻译如下：
“把2克孔雀石、2克天青石、130毫升男童尿及180毫升牛胆汁溶液混合在一起，放在一个罐中。把24块单块重0.27克的石块全部放在罐中。盖上罐盖，再在罐的周围封上黏土。在橄榄木烧的文火上加热6小时。当你看到盖变成绿色，不要再加热，而是令其冷却，然后取出石头，你就会发现它们已经变成绿玉。”
在秘方中还谈到用铜化合物的氨溶液使石头或者岩晶、沸石或一些其他的孔石上色的方法。波意耳提到，像这样的方法，有一些到17世纪在意大利还在应用。
（第四节）亚历山大里亚
一般都认为，化学在基督纪元初年起源于埃及的亚历山大里亚城。亚历山大里亚城是亚历山大大帝于公元前331年在尼罗河口建立的。
亚历山大里亚的居民很复杂：有本地埃及人，还有希腊人、叙利亚人及犹太人，但其文化本质上是希腊文化。亚历山大里亚有一座谢拉比斯神庙、两个图书馆和博物馆(或大学)，后来又有圣马克基督教堂和500英尺高的著名的灯塔。其中一个图书馆，据说藏书70万册，不幸在公元前47年被火焚毁，另一个图书馆在公元389年也被毁。
在博物馆中，人们主要从事古典文学、哲学、数学和医学的研究。其中有许多著名之士，在罗马时期到亚历山大里亚的学校中去学习，这对于一个医生来说被认为是必不可少的。