Химичното съединение е сложно химично вещество, съставено от идентични молекули на атоми на два или повече химични елемента, свързани помежду си с химични връзки и имащи определени химични свойства. В химичното съединение връзката се осъществява посредством отдаването или приемането на електрони, броят на които зависи от валентността на елементите, които участват в химичната реакция. Химичните съединения могат да бъдат молекулярни съединения с ковалентни връзки, соли с йонни връзки, интерметални съединения с метални връзки или по-сложни химични комплекси от координирани ковалентни връзки. Могат да бъдат разделени на по-прости вещества с помощта на химични реакции.Те имат строго определена и постоянна структура като атомите са в определена пропорция помежду си. Когато атоми на два или повече химични елемента си взаимодействат и се свържат химично в определени тегловни съотношения, те образуват химично съединение. Така например атомите на сярата и желязото когато са нагрети, си взаимодействат и се получава ново вещество наречено железен сулфид.
Химичната формула определя броя на атомите на всеки елемент в съставната молекула, като се използват стандартните съкращения за химичните елементи и числов индекс. Например молекулата на водата има формула H2O, обозначаваща два водородни атома, свързани към един кислороден атом. Много химически съединения имат уникален идентификатор CAS номер, определен от Химическатареферативна служба на САЩ.
Съществува променлива и понякога непоследователна номенклатура за разграничаване на веществата, които включват наистина нестехиометрични примери за химични съединения и които изискват да се определят пропорциите. Много твърди вещества, например силикатните минерали, нямат прости формули, които отразяват химичното свързване на елементите един с друг във фиксирани пропорции. Въпреки това, тези кристални вещества често се наричат нестехиометрични съединения. Променливостта в съставите им често се дължи на наличието на чужди елементи, захванати в кристалната структура на истинското химично съединение или поради нарушения в структурата му, което възниква поради излишък или дефицит на съставните елементи на места. Такива нестехиометрични вещества съставляват по-голямата част от земната кора и земната мантия. Други химически съединения могат да имат различно количество тежки или леки изотопи на съставните елементи, което леко променя съотношението на масите на елементите.
Химични вещества, които са съставени от молекули с два или повече атома на един и същ елемент не се считат за химични съединения (например H2, S8).
