Kemiallinen yhtälö edustaa molekyylien vuorovaikutusta suhteellisina määrinä. Kemiallisessa reaktiossa tapa, jolla atomit on järjestetty keskenään, muuttuu. Tämä ei vaikuta atomien sisäisiin rakenteisiin, mutta energia, yleensä lämmön muodossa, joko vapautuu tai imeytyy kemiallisen reaktion aikana. Reagoivien aineiden tai esireaktion ainesosien kemiallinen koostumus on kirjoitettu kemiallisen yhtälön vasemmalle puolelle. Tuotteet tai niistä syntyvät yhdisteet on kirjoitettu oikealle puolelle.
Yhdisteen kemiallinen koostumus esitetään kemiallisella kaavalla. Kemiallinen kaava osoittaa, kuinka monta kunkin elementin atomia on läsnä yhdessä molekyylissä, tai vakaat atomikokoelmat. Esimerkiksi vesimolekyylin kemiallinen kaava on H2O, koska siinä on kaksi vetyatomia ja yksi happiatomi. Yhtälön useiden molekyylien kemialliset kaavat erotetaan plusmerkeillä.
Vaikka suuri määrä ainetta saattaa reagoida, kemiallinen yhtälö koskee vain mukana olevien molekyylien suhteita. Reagoivat aineet ja kemiallisessa reaktiossa olevat tuotteet voivat reagoida vain tietyissä suhteissa. Tämä johtuu siitä, että atomeja ei luoda eikä tuhota; minkä tahansa atomin läsnäolo ennen reaktiota on pysyttävä sen jälkeen. Tästä syystä on tarpeen tasapainottaa kemialliset yhtälöt. Kemiallinen yhtälö osoittaa tasapainoisen reaktion pienimmässä mahdollisessa määrässä.
Tasapainoisen yhtälön saavuttamiseksi voi olla tarpeen lisätä kertoimia kemiallisten kaavojen vasemmalle puolelle. Monissa reaktioissa on läsnä useampi kuin yksi tietystä molekyylistä – jopa perus- tai pienimmässä tapauksessa. Jos alkuaineen kaksi atomia on läsnä, mutta ne eivät ole samassa molekyylissä, alaindeksin sijasta käytetään kerrointa 2. Esimerkiksi 2 H2 on kaksi vesimolekyyliä tai 4 vetyatomia ja 2 happiatomia.
Kemiallisten reagoivien aineiden ja tuotteiden välisten mitattavien suhteiden tutkimisen alaa kutsutaan stoikiometriaksi. Siitä on hyötyä laskettaessa tuotemäärä, joka voidaan luoda tietyllä reagenssimäärällä. Todellisissa kemiallisissa reaktioissa on yleensä mahdotonta saada 100% reagoivista aineista muuttumaan tuotteiksi. Tämä johtuu siitä, että aine on erotettu avaruudessa ja reagoivien aineiden on oltava kosketuksissa muiden kanssa reagoidakseen.
Lisämerkinnät kemiallisessa yhtälössä voivat paljastaa lisätietoja reaktiosta. Kun atomeilla tai molekyyleillä on esimerkiksi sähkövaraus, tämä luku kirjoitetaan yläindeksiin plus- tai miinusmerkillä positiiviselle tai negatiiviselle varaukselle. Muita yhtälöelementtejä ovat suluissa olevat kirjaimet, joita käytetään osoittamaan, onko yhdiste kiinteä, nestemäinen vai kaasumainen. Myös reaktoreiden ja tuotteiden väliin voidaan sijoittaa symboleja, joilla määritetään reaktionopeus ja se, vapautuuko tai absorboituuko energia.