L'air est un mélange. L'eau de mer, le granit et un sachet de mélange de fruits secs le sont également. Un mélange est une combinaison de substances non liées chimiquement. Chaque substance conserve son identité propre. Les proportions peuvent varier. Les composants peuvent généralement être séparés par des moyens physiques, comme la filtration, la distillation ou l'évaporation.

Les mélanges sont soit homogènes, soit hétérogènes. Un mélange homogène, aussi appelé solution, a la même composition partout. L'eau salée et l'air sont homogènes. Un mélange hétérogène présente des composants visiblement différents. Le sable et la limaille de fer, l'huile et l'eau, et la pâte à biscuits aux pépites de chocolat sont hétérogènes. La distinction dépend de l'échelle d'observation. Le lait paraît homogène, mais c'est en réalité un colloïde, constitué de gouttelettes de matière grasse dispersées dans l'eau.

Les mélanges sont omniprésents en chimie et dans la vie quotidienne. Les alliages sont des mélanges de métaux. Les carburants sont des mélanges d'hydrocarbures. Les aliments sont des mélanges complexes de protéines, de lipides, de glucides et d'eau. Les produits pharmaceutiques sont des mélanges de principes actifs et d'excipients. La séparation des mélanges est un aspect fondamental du génie chimique. La distillation, l'extraction, la chromatographie et la filtration sont autant de techniques de séparation.

La principale différence entre un mélange et un composé réside dans le fait qu'un composé possède une composition fixe et des propriétés nouvelles. Un mélange, quant à lui, a une composition variable et conserve les propriétés de ses composants. L'eau salée peut être diluée ou concentrée. L'eau est toujours composée de H₂O.