Ca orice alt obiect de studiu major, chimia este împărțită în câteva subdisciplie, dintre care:

• Chimie organică este ramura chimiei care se ocupă cu studiul structurii, proprietăților, reacțiilor de sinteză sau de descompunere a compușilor organici. Compușii organici sunt substanțe alcătuite în principal din carbon și hidrogen, dar pot conține și oxigen, azot, sulf, fosfor sau bor, precum și restul elementelor, dar în cantități mult mai mici.
• Chimie anorganică este o ramură a chimiei, ce studiază proprietățile elementelor chimice și compușii formați de acestea. Interpretarea compușilor anorganici se face cel mai bine prin modele calitative ale mecanicii cuantice. Nu există o distincție clară între disciplina organică și anorganică, fiind întrepătrunse în cadrul chimiei organometalice.
• Chimie analitică reprezintă disciplina științifică ce dezvoltă și aplică metode, instrumente și strategii în scopul obținerii de informații cu privire la compoziția și natura elementelor.
• Chimie fizică este ramură a chimiei care se ocupă cu studierea fenomenelor macroscopice, atomice, subatomice și particulare în sistemele chimice, în ceea ce privește legile fizice. Chimie fizică adesea folosește concepte din fizică precum mișcarea, energie, forță, timp, termodinamică, chimie cuantică, mecanică statistică, și dinamică.
• Electrochimie reprezintă un domeniu de intereferență dintre chimie și studiul electricității, care studiază reacțiile electrochimice și aplicațiile acestora: electroliza, coroziunea, acumulatorii electrici, bateriile, procedeele electrochimice de acoperire metalică. Cel mai important procedeu care este studiat de electrochimie este electroliza, ce reprezintă o reacție chimică ce are loc la trecerea curentului electric.
• Biochimie este știința care studiază chimia vieții. Considerată multă vreme o ramură interdisciplinară aflată la granița între chimie și biologie, biochimia s-a dezvoltat în special în ultimele decenii ca o disciplină de sine stătătoare, abordând subiecte ca structura chimică a substanțelor din care sunt formate organismele, interacțiunile între aceste substanțe și transformările metabolice pe care acestea le suferă in vivo. În mare, se poate considera că biochimia are două ramuri: biochimia metabolismelor și biochimia structurală.
• Chimie teoretică este o ramură a chimiei ce se folosește de legile fizicii pentru a explica și prezice proprietățile diferitelor substanțe.
• Chimia materialelor este reprezentată de prepararea, caracterizarea și intelegerea substantelor folositoare. Principalele obiecte de studiu sunt chimia stărilor de agregare (solide, lichide, polimeri) și procesele ce au loc intre stari de agregare diferite.
• Neurochimie o ramură a neurologiei, ce se ocupă cu studierea naturii și funcțiilor neurotransmițătorilor și cu efectul pe care substanțele chimice îl au asupra celulelor nervoase.
• Chimie nucleară este o ramură a chimiei care studiază radioactivitatea, procesele nucleare și proprietățile nucleare ale compușilor. Altfel spus, este studiul chimiei elementelor radioactive, sum sunt actinidele radiu și radon, împreună cu studiul implicării chimiei în echipamentul necesar realizării proceselor nucleare.

Alte discipline din cadrul chimiei sunt grupate în funcție de tipul materiei studiat sau de tipul studiului. Chimia anorganică studiază materia anorganică, chimia organică studiază materia organică bazată pe carbon, biochimia studiază substanțele chimice prezente în organismele biologice, chimia fizică studiază procesele chimice prin intermediul conceptelor precum termodinamica și mecanica cuantică, iar chimia analitică utilizează analiza mostrelor pentru înțelegerea compoziției și structurii chimice.

Alte domenii includ agrochimie, astrochimie (și cosmochimie), chimia atmosferică, inginerie chimică, biologie chimică, chemo-informatica, electrochimie, chimia mediului, femtochimia, chimia aromelor, chimia fluxului, geochimie, chimia ecologica, histochimia, istoria chimiei, chimia hidrogenarii, Imunochimia, chimia marina, științaa materialelor, chimie matematica, mecanochimia, chimie medicinala, biologie moleculara, mecanica moleculara, nanotehnologie, chimia produselor naturale, oenologie, chimie organometalică, petrochimie, farmacologie, fotochimie, chimie organica fizica, fitochimie, chimia polimerilor, radiochimie, chimia solidelor, sonochimie, chimie supramoleculară, termochimie și multe altele.