Da metade do século XVII ao meio do século XIX, os cientistas intensificaram suas pesquisas, testando teorias com seus experimentos.
Uma das grandes controvérsias entre esses cientistas era o mistério da combustão. Dois químicos: Johann Joachim Becher e Georg Ernst Stahl propuseram a teoria do flogisto, que defendia que uma "essência" (como dureza ou a cor amarela) deveria escapar durante o processo da combustão. Esta Teoria nunca foi comprovada.
O primeiro químico que provou que o oxigênio é essencial à combustão foi Joseph Priestly. O oxigênio e o hidrogênio foram descobertos durante este período.
No entanto, foi o químico francês, Antoine Lavoisier, quem formulou a teoria aceita, até hoje, sobre a combustão. Tal descoberta é usado para marcar o nascimento da Química Moderna, à qual muitos se referem como Química Atômica.
As ideias de Lavoisier deram aos químicos a primeira compreensão consistente sobre a natureza das reações químicas. Lavoisier impulsionou a realização de novos trabalhos, como o de John Dalton sobre a teoria atômica. O químico italiano Amadeo Avogadro formulou sua própria teoria (Lei de Avogadro).
Por volta da metade do século XIX, já eram conhecidos cerca de 60 elementos químicos. Foi nesta época também que alguns químicos sentiram a necessidade de agrupar os elementos químicos de acordo com suas características.
Newlands, Stanislao Cannizzaro e Chancourtois foram os primeiros a notar que todos os elementos eram parecidos em estrutura. Mas, foi Dmitri Mendeleiev quem classificou os elementos e agrupou-os em uma tabela, que hoje é a conhecida tabela periódica.
O casal Curie e Henri Becquerel foram os descobridores da radioatividade, em meados dos anos 1896. Foi um passo para o estudo das reações nucleares.
Em 1919, Ernest Rutherford descobriu que os elementos podiam ser transmutados. O trabalho de Rutherford estipulou as bases para a interpretação da estrutura atômica. Pouco depois, outro químico, Niels Bohr, finalizou a teoria atômica.
Estes e outros avanços criaram muitos ramos distintos na química, que incluem a Bioquímica, Química Nuclear, Engenharia Química e Química Orgânica.
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