I passaggi di stato di cui abbiamo già discusso sono esempi di trasformazioni fisiche poiché la materia non cambia la sua composizione chimica ma solo il modo in cui ci appare. Quando fondiamo un cubetto di ghiaccio, per esempio, partiamo da acqua allo stato solido e otteniamo acqua allo stato liquido. La natura della sostanza coinvolta quindi non varia, cioè le particelle che la costituiscono non subiscono modificazioni. Possiamo definire una trasformazione fisica nel seguente modo:

Col termine reversibile intendiamo il fatto che è possibile tornare allo stato iniziale. Oltre ai passaggi di stato come esempi di trasformazioni fisiche possiamo citare i seguenti: la dissoluzione in acqua del sale da cucina (il sale infatti si può riottenere per semplice evaporazione dell'acqua) o la dilatazione che subisce un solido sottoposto a riscaldamento (il solido riacquista il volume originario quando viene raffreddato).

Il concetto di trasformazione fisica lo possiamo contrapporre a quello di razione chimica che rappresenta una modificazione più profonda della materia.

Osserviamo a livello microscopico ciò che accade nei due casi:

Nell' immagine è rappresentata una trasformazione fisica (fusione di un metallo) e si può notare come la sostanza non abbia variato la sua identità chimica; le particelle che la costituiscono sono rimaste identiche anche alla fine della trasformazione, hanno solamente variato la loro disposizione reciproca.

In questa immagine è rappresentata invece una reazione chimica. Un atomo di carbonio reagisce con una molecola di ossigeno e viene prodotta una molecola del composto anidride carbonica. Le particelle di partenza hanno cambiato la loro identità chimica e si sono trasformate in una nuova sostanza. In questa trasformazione profonda della materia gli atomi sono però rimasti inalterati anche se hanno cambiato la loro disposizione. Dobbiamo infatti pensare ad una reazione chimica come ad un riarrangiamento di atomi, un fenomeno cioè che attraverso la rottura di legami chimici esistenti nelle particelle di partenza e la formazione di nuovi legami chimici porta alla produzione di nuove sostanze.
Le reazioni chimiche conosciute sono milioni e abbiamo a che fare con molte di esse quotidianamente. Esempi di comuni reazioni chimiche sono l'arrugginimento di un pezzo di ferro all'aria, la combustione della benzina nel motore della macchina o quella del metano nell'impianto di riscaldamento e ancora l'imbrunimento di una fetta di mela lasciato all'aria e l'inacidimento del latte conservato troppo a lungo. Non scordiamoci che anche il nostro organismo è una vera centrale di reazioni chimiche in quanto ne avvengono tantissime contemporaneamente.