化学变化有其自身的内在规律，人们通过长期的探索，发现化学反应遵循以下基本规律。
（一）质量守恒定律（物质不灭定律）
像钠与氯气反应生成了白色的氯化钠，通过化学变化生成新的物质，即物质的性质和种类发生了变化；但反应前后，物质的总质量是守恒的，既不增加，也不减少。在化学反应中，物质的性质、形态可以发生变化，但反应前后的总质量不变。拉瓦锡在综合大量的化学实验的基础上，1789年，在《化学大纲》一书中正式提出了质量守恒定律： 在化学反应中，不仅物质的总质量在反应前后不变，而且物质中所含的任一元素的原子个数也保持不变。
（二）当量定律与定比定律
化合物组成遵循一条自然规律。在各类化合物中，化学家最早理解的是食盐的组成。当时人们已经认识到一种酸和一种碱反应，可以生成一种“盐”。1766年，英国化学家卡文迪许发现，中和相同质量的某种酸，对于不同的碱需要不同的质量，他把这些不同碱的质量称为当量。
1792年，德国数学家兼化学家李希特在他的《化学计算法纲要》一书中，明确提出了以下的观点：
① 化合物都有确定的组成；化学反应中，反应物之间存在定量关系；
② 两种物质发生化学反应，一定量的一种物质总是需要确定量的另一种物质，这种性质是恒定的。可以根据各相互反应组成来计算生成物的化学组成，所以李希特提出了各物质相互化合是彼此之间存在着固定质量比的当量定律。同时还提出了组成化合物的元素在发生化学反应时比例不变的定比定律。但由于李希特的著作中“化学内容吓跑了数学家，数学外衣吓跑了化学家”，他的观点没有被人们所接受。
1802年，法国化学家费歇尔领悟到李希特研究工作的意义，把李希特的观点给予清楚的表述，并把李希特的当量关系加以改造，选择1000份硫酸作为酸碱中和反应的基准，得到了酸碱中和反应的第一张当量表。明确提出定比定律的是法国化学家普罗斯。
1797—1809年，他研究各种金属氧化物的组成，通过大量的实验事实，指出： “我们应该得出结论，自然界在地球深处所起的作用与在地球表面上或人类手中所起的作用没有什么不同。”“化合物是特有的产物，自然界给了它固定的组成……我们看不出南半球的氧化铁和北半球的氧化铁有什么不同，日本的辰砂与西班牙的辰砂成分是相同的；氯化银不论是出产于秘鲁还是出产于西伯利亚都是完全相同的。全世界只有一种氯化钠，一种硝石，一种硫酸钙盐，一种硫酸钡盐。化学分析到处都证实了这些事实。”定比定律的确立，对化学的发展具有重大意义，为近代原子学说的建立奠定了科学基础，提供了大量的实验材料。
但是，现在已知的许多固体化合物的组成也不是固定不变的，由于制备方法的不同，组成可以在一定范围内变化。例如，普通的硫化铁中铁的含量可以在60.1%到63.5%之间变化。现代化学的发展给定比定律带来了理论上的合理限制，因为任何真理都有一定的使用范围。
（三）倍比定律
18世纪末到19世纪初，许多化学家发现，两种元素可以按不同的比例反应，生成不止一种化合物。1800年英国气体研究所的青年化学家戴维研究了三种氮的氧化物（N 2 O，NO，NO 2 ）的重量组成，发现三种气体之间，与相同量的氮化合需要的氧的质量比为1∶2∶4。瑞典的化学家贝采里乌斯及同事们广泛研究了各种物质的定量组成，为倍比定律的建立奠定了坚实的实验基础。1803年，英国的化学家道尔顿分析碳的两种氧化物（CO，CO 2 ），发现两种气体中与相同量的碳化合需要的氧质量比为1∶2。他明确提出了倍比定律： 当两种元素化合生成一种以上的化合物时，与一定质量某种元素化合的另一元素之间成简单整数比。