Die Chemie bildet die konzeptionelle und methodische Grundlage der Werkstoffwissenschaften. Unter Chemie bzw. Chemien (chemistries) versteht man im werkstoffwissenschaftlichen Kontext sowohl die Gesamtheit der beteiligten chemischen Elemente und Verbindungen (z. B. Legierungschemie) als auch die spezifischen Reaktions- und Prozessregime, mit denen Mikrostrukturen gezielt eingestellt werden.

Zentrale Aspekte sind die thermodynamische Stabilität von Phasen, kinetische Prozesse wie Diffusion und Reaktionsraten sowie reaktionsselektive Syntheserouten (z. B. Klick‑Chemie oder thermoreversible Diels‑Alder‑Reaktionen) zur Herstellung funktionaler Polymere und Hybridmaterialien. Die Analytische Chemie stellt dabei die Werkzeuge bereit, um Zusammensetzung, Defekte und Grenzflächen mit hoher Präzision zu charakterisieren.

In der technischen Umsetzung verknüpft die Chemie Stoffumwandlungen mit der Verfahrenstechnik: Korrosionsprozesse, Tribochemie an Reibkontakten, die Chemie von Photoresists in der Lithographie oder die Steuerung von Gas‑Festkörper‑Reaktionen bei Beschichtungen sind Beispiele, in denen die „Chemie“ eines Systems seine makroskopische Performance bestimmt.

Aktuelle Entwicklungen fokussieren auf grüne Chemie: lösungsmittelarme oder lösungsmittelfreie Synthesen, ressourceneffiziente Legierungschemie (z. B. Verzicht auf kritische Elemente) und chemische Gestaltung langlebiger, recyclingfähiger Werkstoffe. Damit wird Chemie zu einem integralen Designparameter, der Funktionalität, Sicherheit und Nachhaltigkeit von Materialien zugleich adressiert.