وفي عام 1916م، افترض الكيميائي الأمريكي جيلبرت لويس أن الرابطة بين ذرتين في جزيء تتكون من زوج من الإلكترونات تقتسمه كلتا الذرتين. وقد أدت فرضيته هذه إلى نظرية الزوج الإلكتروني والتي تفسر خصائص ترابط العناصر اعتمادًا على ترتيب إلكتروناتها. انظر: الرابطة.
نمو الكيمياء الصناعية. بدأ استغلال المعرفة الكيميائية من قبل الصناعيين مع بداية الكيمياء نفسها. ففي أثناء القرن الثامن عشر الميلادي استخدم صانعو الأحماض والقلويات والصابون، المعلومات الكيميائية المتوفرة في تحسين منتجاتهم وطرق إنتاجهم. وخلال القرن التاسع عشر، أنتجت المصانع كميات كبيرة من الكيميائيات، مثل حمض الكبريتيك وكربونات الصوديوم ومساحيق التبييض. وفي عام 1856م، استطاع الكيميائي الإنجليزي السير وليم هنري بيركن إنتاج أول صبغة مصنعة هي البنفسجي الزاهي وتعرف أيضًا باسم الأنيلين البنفسجي. وقد أدت شعبية هذه الصبغة إلى تحضير صبغات أخرى لسد حاجة صناعة النسيج.
وبحلول القرن العشرين أصبحت ألمانيا تمتلك أكثر الصناعات الكيميائية تطورًا في العالم. ففي عام 1910م، سجل الكيميائي الألماني فرتز هابر أول براءة اختراع لطريقة إنتاج النشادر من الهيدروجين والنيتروجين. وقد أدّى اختراعه هذا إلى تصنيع الأسمدة الكيميائية الزراعية على نطاق واسع. وخلال الحربين العالميتين الأولى (1914م - 1918م) والثانية (1939 - 1945م) ، توسعت الصناعات الكيميائية في العديد من الأقطار توسعًا كبيرًا لمقابلة احتياجات الحرب للكثير من المواد، مثل المتفجرات والأدوية والمطاط الصناعي.