Một phản ứng hóa học xảy ra khi nguyên tử kết nối hay làm thay đổi liên kết của chất đồng tham gia phản ứng. Xét phản ứng cháy xảy ra trong ngọn lửa của propane. Khi propane (C3H8) phản ứng với khí oxi (O2), nguyên tử carbon sẽ liên kết với oxy thay vì với nguyên tử hydrô, và nguyên tử hydrô sẽ liên kết với oxy thay vì với carbon (Hình 2.15). Khi những nguyên tử cộng hóa trị thay đổi liên kết của các chất tham gia, thành phần của phản ứng thay đổi, propane và khí oxy trở thành khí carbonic và nước. Phản ứng hóa học này có thể được biểu diễn bằng phản ứng sau:
C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O + năng lượng
Hình 2.14: Trong phản ứng này, propane và oxy là những chất tham gia phản ứng, và carbon dioxide và nước là những sản phẩm tạo thành. Trong trường hợp này, phản ứng là hoàn toàn: tất cả propane và oxy được sử dụng hết để tạo thành 2 sản phẩm trên. Hướng mũi tên chỉ chiều của phản ứng. Chỉ số đứng trước mỗi phân tử dùng để cân bằng phản ứng và đồng thời chỉ số lượng phân tử đã được sử dụng hay tạo thành.
Trong phản ứng này, cũng như trong tất cả các phản ứng hóa học khác, vấn đề không phải là tạo thành hay phân hủy chất gì. Mà vấn để chính là: tổng số phân tử carbon bên vế trái của phương trình phản ứng bằng với tổng số carbon có bên vế phải. Tuy nhiên, có 1 sản phẩm khác cũng được tạo thành sau phản ứng: đó là năng lượng. Nhiệt và quang của lò phản ứng chứng tỏ rằng phản ứng của propane và oxy giải phóng 1 lượng năng lượng lớn. Năng lượng được định nghĩa như là khả năng làm việc, nhưng trên phương diện trực giác, nó cũng có thể được xem như khả năng để thay đổi. Các phản ứng hóa học không tạo ra hay tiêu tốn năng lượng, nhưng thay đổi năng lượng luôn đi kèm với phản ứng hóa học.
Trong phản ứng giữa propane và oxy, năng lượng giải phóng ra nhiệt và quang đã có sẵn trong các chất tham gia phản ứng từ trước dưới 1 dạng khác, được gọi là năng lượng hóa học tiềm tàng. Trong 1 vài phản ứng hóa học, năng lượng phải được cung cấp từ môi trường (ví dụ, 1 vài chất chỉ sẽ phản ứng khi được đốt nóng), và 1 số nguồn cung cấp năng lượng này được trữ dưới dưới dạng năng lượng hóa học tiềm tàng trong các liên kết được hình thành trong sản phẩm.
Chúng ta có thể đo được năng lượng trong các phản ứng phản ứng hóa học bằng cách sử dụng đơn vị gọi là calorie (cal). 1 calorie là 1 lượng nhiệt cần để tăng nhiệt độ của 1gram nước tinh khiết lên 1 độ: từ 14,5oC lên 15,5oC. Một đơn vị năng lượng khác cũng thường được sử dụng nữa là Joule (J). Khi ta so sánh năng lượng với nhau, ta luôn so sánh joules với joules hay calories với calories. Hai đơn vị này có thể chuyển đổi qua lại: 1J = 0,233cal, và 1cal = 4,184j. Ví dụ: 486 cal = 2,033J, hay 2.033 kJ. Mặc dù được định nghĩa là năng lượng nhiệt, nhưng 2 đơn vị calorie và joule còn được dùng để đo bất kỳ dạng năng lượng nào – cơ năng, điện năng, hay hóa năng.
Nhiều phản ứng sinh học cũng giống như sự cháy của propane. Thay vì nhiên liệu là propane, thì nhiên liệu ở đây là đường glucose và phản ứng diễn ra qua nhiều bước trung gian, những bước này sẽ giữ lại năng lượng giải phóng từ glucose để cung cấp cho tế bào sử dụng. Nhưng sản phẩm của các phản ứng sinh học cũng tương tự như trong phản ứng hóa học: đều tạo thành carbon dioxide và nước. Những phản ứng này là chìa khóa của nguồn gốc các loài từ các phân tử đơn giản. Chúng ta sẽ giới thiệu và thảo luận về các thay đổi của năng lượng, các phản ứng oxi hóa – khử, và nhiều dạng khác của các phản ứng hóa học thông dụng trong hệ thống sống trong phần sau.