Potencialna kemična energija je energija, shranjena v materialu, ki se lahko sprosti s kemično reakcijo. Ta energija lahko izvira iz združevanja atomov ali molekul ali iz ločevanja molekul. Sprošča se v obliki toplote, svetlobe ali obojega. Običajno je za sprostitev potencialne energije potreben nekakšen sprožilec, vendar je ta sprožilec lahko tako preprost kot samo mešanje dveh materialov skupaj, na primer dodajanje visoko reaktivne kovine, kalija, z vodo, kar povzroči zelo močno reakcijo, ki sprosti veliko toplote.
Nastajanje in prekinitev vezi med atomi je vir vse potencialne kemične energije. Glede na moč takšnih vezi se bo količina shranjene energije razlikovala. Zelo močne vezi hranijo majhno količino energije, šibke vezi pa večje količine. Močne vezi so zelo stabilne in zahtevajo dodatno energijo za prekinitev, kar pomeni, da se ob pretrganju sprosti manj energije. Nasprotno velja za šibke vezi, zato potrebujejo malo dodane energije kot sprožilec za prekinitev in sprostitev velike količine energije.
To načelo potencialne kemične energije je osnova za našo uporabo številnih svetovnih virov energije. Ogljikovodična goriva, znana tudi kot fosilna goriva, kot so premog, nafta in njeni rafinirani derivati, vsebujejo zelo velike količine potencialne kemične energije. Pri izgorevanju se molekule teh snovi združijo s kisikom. To povzroči prekinitev nekaterih molekularnih vezi med določenimi atomi v molekulah in nastanek drugih, ko so atomi kisika vključeni v molekularno strukturo, proces, znan kot oksidacija. Rezultat je sproščanje potencialne kemične energije v obliki toplote in svetlobe, predvsem pa toplote, ki se izkorišča in uporablja za pogon strojev ter pretvarja v električno energijo.
Shranjena energija je izražena v standardnih mednarodnih enotah (SI) megadžulov na kilogram (Mj/kg), količina energije, shranjene v snovi glede na dano maso, pa se imenuje energijska gostota. To omogoča primerjavo količine potencialne kemične energije, shranjene v eni snovi, z drugo po masi. Ta vrsta energije se lahko sprošča na različne načine. Za fosilna goriva se običajno sprošča s sežiganjem. Pri snoveh, kot je hrana, se sprošča med telesnimi presnovnimi procesi, ki so kemično identični izgorevanju, vendar potekajo veliko počasneje in nadzorovano.
Eksplozivi, kot sta dinamit in nitroglicerin, zelo hitro sprostijo svojo potencialno kemično energijo, kar jim daje eksplozivne lastnosti. Večina eksplozivov ima relativno nizko količino potencialne kemične energije po masi, tudi v primerjavi s stvarmi, kot je sladkor, vendar njihove kemične lastnosti omogočajo, da se ta energija sprosti skoraj v trenutku. Na primer, nitroglicerin vsebuje 6.5 Mj/kg, surov sladkorni trs pa 19 Mj/kg.