วัตถุดิบทางเคมีสามารถแบ่งออกเป็นหนึ่งในสามประเภทกว้าง ๆ ซึ่งถูกใช้โดยอุตสาหกรรมที่หลากหลายทั่วโลก พื้นฐานที่สุดในบรรดาประเภทของวัตถุดิบที่มีอยู่คือสารประกอบดิบที่ได้รับในรูปแบบที่ไม่บริสุทธิ์จากธรรมชาติซึ่งรวมถึงผลิตภัณฑ์ที่มีแหล่งกำเนิดทางชีวภาพระยะสั้นเช่นไม้จากอุตสาหกรรมป่าไม้แหล่งแร่และปิโตรเลียม ผลพลอยได้จากการกลั่นวัสดุเหล่านี้บางชนิดสามารถผลิตวัตถุดิบทางเคมีที่หลากหลายซึ่งเรียกว่าแร่ธาตุอุตสาหกรรม ซึ่งรวมถึงสารประกอบเช่นดินเหนียวควอตซ์และแร่บอกไซต์ซึ่งสารเคมีในขั้นตอนการปรับแต่งนี้มักจะบริสุทธิ์ 85% ถึง 98% กลุ่มสารเคมีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในกลุ่มถัดไปคือสารประกอบอนินทรีย์ที่มีความบริสุทธิ์ 98% ถึง 99.9% โดยมีตัวอย่างเป็นออกไซด์ของโลหะบริสุทธิ์เช่นเหล็กออกไซด์และสารเคมีสังเคราะห์เช่นโซเดียมไฮดรอกไซด์ NaOH ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและรีเอเจนต์สำหรับอุตสาหกรรม กระบวนการ
วัตถุดิบทางเคมีที่มีอยู่และเก็บเกี่ยวได้มากที่สุดซึ่งถูกเติมเต็มด้วยธรรมชาติคือเซลลูโลสตามด้วยลิกนินอย่างใกล้ชิด สารประกอบทั้งสองนี้รวมกันเป็นกลุ่มของโครงสร้างเซลล์ในผนังเซลล์ของพืชและส่วนที่เป็นไม้ของต้นไม้ นอกเหนือจากการใช้เซลลูโลสและลิกนินเพื่อทำวัตถุดิบเช่นไม้สำหรับอาคารหรือทำกระดาษแล้วสารประกอบยังมีความสำคัญต่อการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพในฐานะเป็นสารยึดเกาะในกาวและผลิตภัณฑ์อื่น ๆ อีกมากมาย ในฐานะที่เป็นสารตั้งต้นของสารเคมีสำหรับผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์เหล่านี้เซลลูโลสและลิกนินถูกทำเป็นกระดาษหรือเยื่อไม้และประมาณการว่า ณ ปี 2543 มีการผลิตเยื่อกระดาษมากกว่า 334,000,000 ตันทั่วโลกในแต่ละปี จำนวนที่มากที่สุดของสิ่งนี้คือ 131,000,000 ตันที่สร้างขึ้นจากต้นไม้ แต่แหล่งอื่น ๆ ได้แก่ กระดาษรีไซเคิลและขยะจากพืชที่มีเส้นใยชนิดต่าง ๆ
วัตถุดิบอุตสาหกรรมที่ใช้บ่อยที่สุด ได้แก่ ควอตซ์ซึ่งสามารถมีอยู่ในแร่ธาตุที่มีคุณภาพอัญมณีเช่นนิลและนิลหรือทรายทั่วไปที่ใช้ในการผลิตแก้วและซิลิคอนไมโครโปรเซสเซอร์ ปิโตรเลียมเป็นวัตถุดิบทางอุตสาหกรรมอีกชนิดหนึ่งที่ถูกกลั่นเป็นเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนที่บริสุทธิ์และพลาสติกหลายร้อยชนิด ในบรรดาวัตถุดิบอุตสาหกรรมที่ใช้แร่เป็นที่ต้องการอย่างมากในอุตสาหกรรมคือวัสดุที่มีโลหะเช่นตะกั่วเหล็กและทองแดง วัตถุดิบทางเคมีที่สำคัญอื่น ๆ สำหรับอุตสาหกรรม ได้แก่ หินปูนที่ใช้ในการผลิตปูนซีเมนต์และคอนกรีตและดินขาวซึ่งเป็นแร่อะลูมิโนซิลิเกตที่ใช้ทำทุกอย่างตั้งแต่ไฟเบอร์กลาสไปจนถึงเซรามิกและสี
สารเคมีอุตสาหกรรมนั้นเป็นวัตถุดิบทางเคมีที่ผ่านการกลั่นและผ่านกระบวนการกลั่นแล้ว ช่วงนี้มีหลากหลายตั้งแต่เอทิลีนที่ใช้ในการผลิตพลาสติกไปจนถึงแอมโมเนียที่ใช้เป็นปุ๋ยและตัวทำละลาย กรดซัลฟูริกโซเดียมคาร์บอเนตและองค์ประกอบทางเคมีเช่นคลอรีนเป็นวัตถุดิบทางเคมีที่จำเป็นสำหรับกระบวนการผลิตจำนวนมาก องค์ประกอบทางเคมีอื่น ๆ ที่จำเป็นต่ออุตสาหกรรมของศตวรรษที่ 21 ได้แก่ ไนโตรเจนและออกซิเจนซึ่งใช้ในการควบคุมปฏิกิริยาเคมีอื่น ๆ หรือเร่งพวกมันด้วยการออกซิเดชั่น
