Es gibt eine Vielzahl möglicher Chemikalien. Schätzungen reichen von 1018 bis 10200. Zum Vergleich: Die Anzahl der Sandkörner auf der Erde beträgt etwa 7.5 x 1018, die Anzahl der Teilchen im Universum liegt zwischen 1072 und 1087. Wenn es wirklich mehr Chemikalien gibt, dann nicht jeder existiert sogar physisch im Universum. Die mit Abstand häufigste Verbindung im Universum ist ohnehin zweiatomiger Wasserstoff (H2).
Von den 117 bekannten Elementen kommen nur 94 in der Natur vor, sieben davon sind Edelgase, die nur unter sehr ungewöhnlichen Bedingungen Verbindungen eingehen, etwa beim Elektronenbeschuss. Dadurch bleiben 87 weitere Elemente übrig, um chemische Verbindungen zu bilden, und die meisten davon bilden nicht viele und sind auch nicht sehr häufig.
Die am häufigsten vorkommenden Elemente im Universum sind Wasserstoff (74%), Helium (24%), Sauerstoff (10%), Kohlenstoff (0.46%), Neon (0.13%), Eisen (0.1%) und Stickstoff (0.1%) . Helium und Neon sind Edelgase und verbinden sich mit nichts. Eisen ist hauptsächlich in Eisenoxid (Rost) eingeschlossen. Die anderen – Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff – sind unter dem Akronym CHON bekannt und machen zusammen mit Phosphor und Schwefel 99% aller lebenden Organismen und mehr als 99% aller chemischen Verbindungen aus. Diese werden als biologische Verbindungen bezeichnet.
Biologische Verbindungen können sich auf eine Weise zu langen Ketten bilden, die anorganische Verbindungen nicht können. Diese Verbindungen können im Fall von Biopolymeren wie der DNA Milliarden von Atomen lang sein. Diese Moleküle können in nur wenigen Atomen winzige Unterschiede aufweisen, etwa im Erbgut von eineiigen Zwillingen, die aufgrund von Kopierfehlern oder Strahlenbelastung leichte Mutationen aufweisen. Dadurch ergeben sich nahezu unbegrenzte Variationsmöglichkeiten.
Im Jahr 2005 versuchte eine Gruppe der Universität Bern in der Schweiz, die Gesamtzahl der stabilen Verbindungen mit bis zu elf Atomen nur aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Fluor zu bestimmen. Ihre Zahl betrug knapp 18 Milliarden, aber eine anschließende Analyse ergab, dass sie viele gängige Chemikalien ignorierten, darunter viele, die leicht online bestellt werden konnten, und die Zahl könnte um bis zu drei Größenordnungen niedrig gewesen sein. Selbst wenn man nur kleine Chemikalien betrachtet, gibt es immer noch eine absolut enorme Anzahl von Variationen.