Empirične formule opisujejo razmerje vsake vrste atoma v snovi. Beseda »empirični« se nanaša na izvor empiričnih formul v opazovanih rezultatih; to pomeni, da so formule določene s poskusom. Znanstveniki preizkušajo sestavo neznanih spojin z opazovanjem njihovega nastanka ali interakcij z znanimi snovmi. Razmerje atomov v spojini daje le grobo predstavo o njeni naravi, vendar je osnova za nadaljnje raziskovanje.
Če lahko znanstveniki ustvarijo spojino in poznajo sestavo reagentov ali snovi, ki reagirajo, lahko določijo empirično formulo produkta. Izvedejo reakcijo, da proizvedejo produkt, ne da bi pustili neizreagirane vložke. Spremljajo tudi deleže reagentov, ki gredo v reakcijo. Pomembno je, da poznajo delež molekul reagentov in ne delež mase ali prostornine, ker se te meritve lahko razlikujejo za različne molekule. Delež reagentov jim pove, kolikšen je delež atomov v produktu, saj se v reakciji uporabijo vse molekule, ki jih vnesejo.
Druga metoda določanja empiričnih formul je, da povzročimo reakcijo spojine z drugo snovjo in opazujemo produkte reakcije. Znanstveniki običajno uporabljajo to metodo za analizo ogljikovodikov, snovi, ki vsebujejo samo ogljikove in vodikove atome. Sežigajo neznane ogljikovodike in zbirajo ogljikov dioksid in vodno paro, pri čemer nastane reakcija.
Ko ogljikovodik gori, reagira s kisikom; reakcijo lahko predstavimo kot A CfHg + B O2 –> D CO2 + E H2O, kjer A, B, D in E označujejo deleže molekul v reakciji, f in g pa deleža ogljika in vodika v ogljikovodiku . Eksperimentatorji merijo maso ogljikovega dioksida in vodne pare. Nato te številke delijo z molekulsko maso ustreznih spojin. Za ogljikov dioksid je dobljeno število enako številu ogljikovih atomov, vendar morajo število molekul vode pomnožiti z dva, da dobijo število molekul vodika. Najdejo najmanjša cela števila, ki ohranjajo delež C in H, in to sta f in g v enačbi: indeksa empirične formule.
Empirične formule ne kažejo natančne strukture molekule. Acetilen in benzen sta na primer ogljikovodika, ki vsebujeta enako število ogljikovih in vodikovih atomov, zato je empirična formula vsakega CH. Molekulska formula acetilena je C2H2, benzena pa C6H6. Imajo zelo različne lastnosti, čeprav imajo isto empirično formulo. Acetilen je zelo eksploziven plin, ki se uporablja za rezanje in varjenje; benzenski obroči s šestimi ogljiki so dokončna sestavina aromatičnih snovi in so prisotni v številnih molekulah, ki so odgovorne za okuse in vonjave.