Χημική ουσία ονομάζεται, στη χημεία, μια μορφή της ύλης που έχει σταθερή χημική σύνθεση και χαρακτηριστικές ιδιότητες, δηλαδή μια χημική ουσία έχει μια ορισμένη «χημική ταυτότητα». Δεν μπορεί να διαχωριστεί σε συστατικά με φυσικές μεθόδους διαχωρισμού, δηλαδή δεν μπορεί να διαχωριστεί χωρίς την καταστροφή (ενδομοριακών) χημικών δεσμών. Μια χημική ουσία μπορεί να είναι στερεή, υγρή, αέρια ή και σε κατάσταση πλάσματος.
Οι χημικές ουσίες συχνά αποκαλούνται «καθαρές ουσίες» για να διακριθούν από τα μείγματα. Ένα συνηθισμένο παράδειγμα μιας χημικής ουσίας είναι το καθαρό νερό. Έχει τις ίδιες ιδιότητες και την ίδια (ατομική) αναλογία υδρογόνου και οξυγόνου, ανεξάρτητα από το αν απομονώθηκε από ένα ποτάμι ή παράχθηκε με τεχνητό τρόπο μέσα σε ένα χημικό εργαστήριο. Μερικά άλλα παραδείγματα χημικών ουσιών που συναντάμε σε καθαρή μορφή είναι το διαμάντι (αλλομορφή του άνθρακα, ο χρυσός, το μαγειρικό αλάτι και η σουκρόζη. Ωστόσο, απλές ή φαινομενικά καθαρές ουσίες που βρίσκονται στη φύση είναι στην πραγματικότητα μίγματα ουσιών. Για παράδειγμα, το νερό της ύδρευσης μπορεί να περιέχει μικρές ποσότητες διαλυμένου αλατιού και διάφορες άλλες χημικές ενώσεις που περιέχουν σίδηρο, ασβέστιο, χλώριο και πολλές άλλες χημικές ουσίες.
Οι χημικές ουσίες υπάρχουν ως στερεά, υγρά, αέρια ή και σε κατάσταση πλάσματος και μπορεί να αλλάζουν μεταξύ αυτών των φάσεων της ύλης, με τις αλλαγές της θερμοκρασίας ή και της πίεσης. Με χημικές αντιδράσεις οι χημικές ουσίες μπορούν να μετατραπούν σε άλλες.
Διάφορες μορφές της ενέργειας, όπως το φως και η θερμότητα, δεν θεωρούνται ότι είναι ύλη, και έτσι καμμιά από αυτές δεν θεωρούνται χημικές ουσίες.
Μια δημοφιλής (στην καθομιλουμένη) έννοια του όρου «χημική ουσία» είναι ως «ένα προϊόν της χημικής βιομηχανίας». Υπό αυτήν τη μορφή όμως ο όρος μπορεί να υποδηλώνει ότι είναι «αφύσικη» και πιθανώς επιβλαβής, ακόμα και όταν στην πραγματικότητα τέτοιοι φόβοι μπορεί να είναι αδικαιολόγητοι.
