Năm 1605 ông Francis Bacon công bố tác phẩm The Proficience and Advancement of Learning được coi là mở đầu cho lý thuyết về phương pháp khoa học.[20] Năm 1615 Jean Beguin công bố tác phẩm Tyrocinium Chymicum là giáo trình hóa học thuộc loại đầu tiên có nêu ra khái niệm phản ứng hóa học.[21]

Robert Boyle (1627–1691) được xem là người xác lập lại phương pháp có tính khoa học cho ngành giả kim, đồng thời làm cho ngành hóa học không chỉ dừng ở thuật giả kim nữa mà tách biệt ra và phát triển mạnh thêm.[22] Ông theo nguyên tử luận nhưng thích gọi "nguyên tử" là corpuscle thay cho atoms. Ông nhận định rằng ở mức độ nhỏ nhất của vật chất là nguyên tử thì tính chất của chúng được duy trì chứ không biến đổi. Ông còn phát minh ra định luật Boyle, viết tác phẩm kinh điển The Sceptical Chymist có bàn đến thuyết nguyên tử của vật chất.

Năm 1754 Joseph Black tách được khí cacbonic mà ông gọi là "không khí cô đặc".[23] Carl Wilhelm Scheele và Joseph Priestly độc lập nhau tìm ra khí ôxi mà họ gọi là "khí cháy".[24][25] Joseph Proust đưa ra định luật xác nhận các nguyên tố kết hợp nhau theo một tỉ lệ nguyên làm thành hợp chất.[26] Năm 1800 ông Alessandro Volta là người đầu tiên chế ra pin và thiết lập quy tắc cho môn điện hóa học.[27] Năm 1803 John Dalton nêu định luật Dalton mô tả quan hệ giữa các thành phần trong một hỗn hợp khí cùng ảnh hưởng của áp suất từng loại lên tổng thể hỗn hợp.[28] Ở Nga, ông Mikhail Lomonosov là người khai mở ngành hóa học đồng thời bác bỏ lý thuyết quá trình cháy và nêu ra thuyết động học chất khí. Ông xem nhiệt là một loại chuyển động, đề xuất ý tưởng về định luật bảo toàn vật chất.