Основные методы познания в химии — это наблюдение, описание, химический эксперимент и измерение. С помощью этих методов непосредственно изучаем вещества и химические явления. Чтобы понять окружающий нас мир, нужно уметь его наблюдать. Научное наблюдение всегда целенаправленное. Перед тем как провести такое наблюдение, мы формулируем цель — найти ответ на поставленный вопрос. При этом важно определить и отметить условия, в которых проводилось наблюдение. Однако наблюдение в науке бессмысленно без тщательного описания увиденного. Первое, чему мы должны научиться, — это описывать свойства веществ. При этом мы перечисляем их свойства, которые наблюдали (агрегатное состояние, цвет, запах и т. д.). Успех нашей работы зависит от того, насколько точно и полно сделаны и описаны наблюдения. Очень часто целенаправленное наблюдение связано с постановкой химического опыта (эксперимента).
Эксперимент отличается от наблюдения тем, что предполагает специальную организацию ситуации, которую надо исследовать, и активное вмешательство исследователя в эту ситуацию.
В некоторых экспериментах осуществляются измерения таких физических величин, как масса, объём, температура кипения, температура плавления, плотность. Измерения необходимы для описания количественных характеристик веществ.