بنية كيميائية هي ترتيب الذرات داخل الجزيء والروابط التي تصلها، مثل الروابط التساهمية، وتشمل أبسط أشكالها جزيئات ثنائية الذرة كالأكسجين وأعقدها بروتينات كبيرة؛ تمثَّل البنى الكيميائية بصيغ بنيوية وتُحدَّد تجريبيًا بطرق مثل حيود الأشعة السينية وحيود النيوترونات والإلكترونات.

التفاعل الكيميائي عملية يعاد فيها ترتيب الذرات والروابط الموجودة في المواد المتفاعلة، فتتكون مواد جديدة تختلف في خصائصها عن المواد الأصلية. وقد تدل على حدوث التفاعل علامات مثل تغير اللون أو انطلاق الغاز أو تكون راسب أو تغير درجة الحرارة، ولا تكون جميع التفاعلات الكيميائية سهلة العكس، رغم إمكان عكس بعضها تحت ظروف مناسبة.

التصاوغ الفراغي أو التماكب الفراغي ترتيب الذرات في الجزيء بنفس الوصلات لكن باتجاه مختلف في الفراغ، فينتج متصاوغات متطابقة بنيوياً تختلف في الترتيب الفراغي مثل سيس/ترانس و«مصاوغ مرآوي»؛ لهذه المتصاوغات خواص كيميائية وفيزيائية وبيولوجية مختلفة تؤثر على التفاعلات الحيوية.

الحلقة في الكيمياء مجموعة متصلة من الذرات والروابط تشكل دورة بحيث تكون كل ذرة وكل رابطة جزءًا من هذه الدورة؛ الجزيء الذي يحوي حلقة واحدة يُسمى مركبًا حلقيًا، والجزيء الذي يحوي حلقتين أو أكثر يُسمى مركبًا متعدد الحلقات، أما الذي لا يحوي حلقات فيسمى مركبًا لا دوريًا.

تفاعل داخل الجزيء مصطلح كيميائي يصف العمليات والخصائص المحصورة ضمن بنية الجزيء نفسه، مثل انتقال هيدريد داخلي أو تكوّن رابطة هيدروجينية بين مجموعتين وظيفيتين؛ وتحدث التفاعلات العضوية الداخلية عندما تتفاعل مجموعات وظيفية نشطة داخل موقع محصور في الجزيء، مما يزيد احتمال تفاعلها، ومن أمثلتها إعادة ترتيب سمايلز وتكاثف ديكمان.