Kemična potencialna energija je energija, ki je shranjena v atomih in vezi med atomi in se lahko sprosti z različnimi kemičnimi reakcijami. Primer, ki ga večina ljudi pozna, je energija, ki se sprosti pri zgorevanju fosilnih goriv, kot je bencin. V tem primeru se kemična potencialna energija bencina sprosti predvsem kot toplota. Človeško telo sprosti potencialno energijo hrane za uporabo kot gorivo. Kemična potencialna energija je prisotna v številnih spojinah in kemikalijah, tako naravnih kot umetnih.
Vezi med atomi so vir vse kemične potencialne energije. Atomi z zelo močnimi vezmi ionske ali kovalentne vrste imajo relativno nizko potencialno kemično energijo, saj zahteva veliko zunanje energije, da preprosto pretrga vezi. Šibkejše vezi, kot so tiste vrste van der Waal, imajo več potencialne kemične energije, saj zahtevajo relativno malo energije za prekinitev.
Energija se sprosti, ko se te vezi tvorijo med atomi, energija v kemičnih reakcijah pa se ne ustvari ali uniči. To pomeni, da se kemijske reakcije lahko analizirajo kot matematične enačbe. Ker močna vez zahteva veliko količino energije za prekinitev, to mora pomeniti, da se pri tvorbi te iste vezi sprosti veliko energije. Po isti logiki, ko nastane šibka vez, se sprosti relativno malo energije.
Na primer, ko se dva atoma vodika povežeta in tvorita molekulo vodikovega plina, tvorita močno vez. Za to je potrebno malo zunanje energije. Kemična energija atomov se sprošča kot toplota in svetloba. Da bi prekinili vez med atomoma, je treba za prekinitev vezi uporabiti enako količino energije, ki se je sprostila, ko sta se povezali. To energijo bodo atomi absorbirali.
Z mehanizmi sproščanja kemične potencialne energije se srečujemo vsak dan. Gorenje plina v naših avtomobilih je samo en način. Način sproščanja te energije je kombinacija molekul kisika z molekulami goriva. Molekule kisika in molekule goriva so vezane z relativno šibkimi vezmi. Ko gorivo zgori, se molekule kisika in goriva razbijeta in se ponovno združita kot molekule ogljikovega dioksida in vode, ki sta obe tvorjeni z zelo močnimi vezmi, zato se sprosti velika količina energije. To energijo nato motor pretvori v kinetično energijo in jo uporabi za premikanje vozila.