炼丹术所用的药物和工具同化学的产生有关，关于药物方面，化学史家袁翰青（1905—1994）曾根据炼丹文献作出一个不完全的统计，包括无机物和有机物在内，总共约有六十多种。当然、这统计还不够完整，因为不仅植物性、动物性药物没有列入，即使单从金石药来看，恐怕也不止这六十多种。不过，我们从这里可以对古代炼丹的常用药物得到一个大概的印象。

元素：汞、硫、碳、锡、铅、铜、金、银等。
氧化物：三仙丹（HgO）、黄丹（PbO）、铅丹（Pb3O4）、砒霜（As2O3）、石英（SiO2）、紫石英（含Mn）、无名异（MnO2）、赤石脂（Fe2O3）、磁石（Fe3O4）、石灰（CaO）等。
硫化物：丹砂（HgS）、雄黄（As2S2）、雌黄（As2S3）、礜石（FeAsS）等。
氯化物：盐（包括戎盐、冰石等，NaCl）、硇砂（NH4Cl）、轻粉（Hg2CI2）、水银霜（HgCI2）、卤咸（MgCl2）等。
硝酸盐：硝石（KNO3或NaNO3）。
硫酸盐：胆矾（CuSO4？5H2O）、绿矾（FeSO4？7H2O）、寒水石（CaSO4？2H2O）、朴硝（Na2SO4？10H2O）、明矾石（K2SO4Al2（SO4）3－2Al2O3？6H2O）等。

碳酸盐：石碱（Na2CO3）、灰霜（K2CO3）、白垩（包括石钟乳等，CaCO3）、炉甘石（ZnCO3）、石曾（Cu（OH）2？2CuCO3）、空青（Cu（OH）2CuCO3）、铅白（Pb（OH）2－2PbCO3）等。
硼酸盐：蓬砂（Na2B4O7）。
氯化物：盐（包括戎盐、冰石等，NaCl）、硇砂（NH4Cl）、轻粉（Hg2Cl2）、水银霜（HgCl2）、卤咸（MgCl2）等。
硝酸盐：硝石（KNO3或NaNO3）。
10H2O）、明矾石（K2SO4？　Al2（SO4）3？2Al2O3？6H2O）等。
硼酸盐：蓬砂（Na2B4O7）。
硅酸盐：云母（白色，H2KA13（SiO4）3）、滑石（H2Mgs（SiO3）4）、阳起石（Ca（Mg，Fe）3（SiO3）4）、长石（K2O？A12O3？6SiO2）、不灰木（石棉，H4Mg3Si2O7）、白玉（Na2O？Al2O3？4SiO2）等。
合金：鍮石（铜锌合金）、白金（白铜，铜镍合金）、白镴（铅锡合金）、各种金属的汞齐等。
混合的石质：高岭土（SiO2、Al2O3等）、禹余粮（含褐铁旷和粘土的砂粒）、石中黄子（夹有黄色粘土的砂粒）等。
有机溶剂：醋（CH3COOH）、酒（CH3CH2OH）。

起源历史
源自神话
中国炼丹术的发明源自古代神话传说中的长生不老的观念。如后羿从西王母处得到不死之药，嫦娥偷吃后便飞奔到月宫，成为月中仙子。我们没有确切的纪录知道古代的服药者吃甚么丹药以求长生，但若根据晋人编纂的《列仙传》，他们所服食的包括丹砂、云母、玉、代赭石、石、松子、桂等未经制炼的矿物和植物。

秦始皇与巴清
中国炼丹活动起源于公元前3世纪。东汉魏伯阳所著《周易参同契》是现存世界上最早的炼丹术理论著作，书中提到当时的炼丹家有《火记》600篇，可见当时火法炼丹已积累了大量经验。晋代炼丹家葛洪的《抱朴子》，对汉晋以来的炼丹术作了详细记载和总结。但真正的炼丹术却起源于秦始皇。
　　秦始皇终其一生，都对神仙方术抱着疯狂的幻想。

《史记》里记载，秦始皇20多岁的时候，就迷上了长生药和“真人术”。为了达到修仙的目的，在炼丹方士卢生等人的鼓动下，秦始皇甚至把皇宫搬进咸阳地宫，足不出户呆在里面，一面批阅奏章，一面“接引”神仙，不许外人打扰。这样的记载就在《史记》里能找到若干处。
　　至少，秦始皇“坑儒”之前就在炼丹。而他以水银为陵墓地宫的江河湖海，也很可能暗示着他到死都深信，丹砂水银对帮助他死后继续统治这个“万世”江山有着神奇的魔力。

事实上，巴清在更早的战国末期，就已经接管其家族经营的庞大丹砂水银帝国了。而她掌握的神仙方术，也很可能在这个时候就进入了秦始皇的视野。
　　宋代学者刘攽有《女贞花》一诗写道：“巴妇能专利丹穴，始皇称作女怀清。此花即是秦台种，赤玉烧枝擅美名。”

黄老方术已于战国时萌芽，秦始皇、汉武帝亦好神仙和长生之说。诸方士如李少君、栾大等在朝廷服务，武帝时刘安也是著名的炼金丹人物，其著作《淮南子》曾提到汞、丹砂、雄黄等药物。至景帝炼金风气流行，西汉末的王莽也喜神仙思想和炼丹术。另外，道教亦与炼丹术扯上关系，道教创办者张陵亦被称精通此术。
东汉前炼丹术有两个不同传统：一是致力寻找长生不老药；二则试造黄金。东汉时两个传统汇合为一，炼丹术家尝制长生不老药，而促成两个传统结合的因素实与医药发展有关，因此许多著名炼丹家如葛洪、陶弘景等同时是大医药家。葛洪对炼丹术和早期的化学贡献保留在《抱朴子内篇》内，纪录了许多长生不老药(如太清丹、金液)及它们的制炼方法。

以上是一种流传已久的信仰，更指出凡人也能脱胎换骨成神仙，此变形可用阴阳五行的理论作解释。
夺天地造化之功
在春秋战国时期，是奴隶社会的盛世，诸子百家争鸣，生产也达到鼎盛时期。说到“鼎”，这是古代的烹饪器，也是记载功勋的礼器，黄老道家说黄帝造九鼎，鼎就成了传国之宝。考古发掘的文物，如有名的司母戊大方鼎，说明在当时冶炼青铜(铜锡合金)和铸造技术都已达到极高水平。《周礼考工记》中就已经记载了合金成份不同而性质不同的“六齐”规则。

鼎本是煮肉汤和食品的器具。但这时人们就希望在鼎中也能炼出一些别的东西。传说秦穆公的女婿萧史就在宫中炼丹，他曾经炼成“飞雪丹”给秦穆公的女儿擦在脸上(实际上是炼成的铅粉)。他也许可以算是最早的化学家。

由于各种金属矿物都是由土中开采出来的，所以在五行生克学说中就有土生金的说法。于是当时就有一种设想，那就是认为矿物在土中会随时间而变的。例如认为雌黄千年后化为雄黄，雄黄千年后化为黄金。朱砂200年后变成青，再300年后变成铅，再200年成为银，最后再过200年化成金。能不能加速这种变化呢？这时就产生了夺天地造化之功的思想，企图在鼎中能作到“千年之气，一日而足，山泽之宝，七日而成”。于是就在鼎中放入各种药物，封闭后进行加热烧炼，以为可以炼出贵重的金银来，这样炼金术在战国末期就萌芽了。到了秦皇汉武时期，由于最高统治者的支持，炼金术就大发展起来，这时不仅要由低贱的金属如铜、铁等制造出贵重的金、银来，还要为统治者修炼出吃了能长生不老的仙丹来。所以在中国发起的这场探索活动应该叫做“金丹术”。他们把人与物相类比，认为黄金和玉都是不朽不坏的，所以最好能由金和玉中提出精华来给人吃，于是就有“服金者寿如金，服玉者寿如玉”的理论。这时炼丹家就希望能炼出一种名叫“金液”的神秘物质，人吃了可以长生不老，与普通物质配合就能变成黄金。

最早热衷于炼丹术的是西汉的淮南王刘安，他在他的宫中召致了方士千余人修炼金丹和表演特异功能，后来又编写了《淮南子》，还有《淮南万毕术》等著作，但可惜《万毕术》一书现已失传。
淮南王刘安后来因谋反而被杀，刘向抄淮南王的家时得到一部炼黄金的秘书，就自己也去试炼，但一直不成功。汉武帝刘彻是刘安的侄子，也热衷于方士的奇怪表演和炼丹术，他召致了不少特异功能的人进宫，表演成功了就封为将军，甚至把公主下嫁，但骗局一旦被揭露又立刻拉出去砍头。

在汉代是炼丹兴起的时期，虽然真金没有炼出来，却制成了多种貌似黄银和白银的假金。更发现了许多种化学反应，最主要是铅、汞、硫、砷等之间的反应，还创造了各种炼丹仪器和提炼药品的方法。
到了东汉时期，魏伯阳编著了一部炼丹术的著作《参同契》，这是世界公认现存的最古老的炼丹书(外国现存的最老的炼金术著作是圣·马克书稿，是公元十世纪的抄本)。实际上《参同契》是魏伯阳钻研总结了前人大量的炼丹书“火记六百篇”后总结的理论著作，他把物质分为阴阳两大类，提出要产生新物质必须阴阳配合，同类物质在一起是不会化合的。他还指出如果是“药物非种、分剂参差、失其纪纲”时，那就会“飞龟舞蛇，愈见乖张”，这实际是炼丹过程中发生爆炸的情况(这正是炼丹家发明火药的前奏)。