Una sustancia pura es una materia formada por un solo tipo de partícula, con composición fija y propiedades que no cambian. A diferencia del uso cotidiano de la palabra puro como sin suciedad, en química significa que todas sus partes son iguales y mantiene siempre los mismos componentes en la misma proporción.

Toda sustancia pura pertenece a una de dos clases: elemento o compuesto. El elemento es la forma más simple, constituida por un solo tipo de átomo, como el hierro Fe, el oro Au, el oxígeno O2 y el hidrógeno H2. No puede separarse en algo más simple por métodos químicos, aunque algunos elementos se presenten en grupos de dos átomos iguales.

El compuesto está formado por dos o más tipos de átomos unidos químicamente, como el agua H2O, la sal NaCl, el dióxido de carbono CO2 y el azúcar C12H22O11. Esta unión no es una simple mezcla y solo puede romperse con una reacción química. El ejemplo clave es 2H2O → 2H2 + O2, donde un compuesto se descompone en elementos que ya no se pueden romper más.

Para clasificar correctamente se siguen dos preguntas: primero, ¿hay un solo tipo de partícula? Si hay varios componentes sueltos, como en el aire o el agua con sal, ya no es sustancia pura sino mezcla. Segundo, si sí es pura, ¿hay uno o varios tipos de átomos? Un símbolo indica elemento y dos o más símbolos distintos indican compuesto.