1903-Mikhail Semyonovich Tsvet inventa a cromatografia, uma importante técnica analítica.

1904: Hantaro Nagaoka propõe um primitivo modelo nuclear do átomo, em que os elétrons orbitam uma densa massa nuclear.

1905: 9Fritz Haber e Carl Bosch desenvolvem o Processo de Haber para fazer amônia usando seus elementos, um marco na indústria química com profundas consequências na agricultura.

1905: Albert Einstein explica o Movimento browniano em um modo que prova definitivamente a teoria atômica.

1907: Leo Hendrik Baekeland inventa a baquelite, um dos primeiros plásticos com sucesso comercial.

1909: Robert Millikan mede a carga de elétrons individuais com uma precisão sem precedentes através da experiência da gota de óleo, confirmando que todos os elétrons possuem a mesma carga e massa. 1909: S. P. L. Sørensen inventa o conceito de pH e desenvolve métodos para medir a acidez.

1911: Antonius Van den Broek propõe a ideia de que os elementos na tabela periódica são melhor organizados pela carga nuclear positiva ao invés de usar a massa atômica.

1911: A primeira Conferência de Solvay ocorre em Bruxelas, reunindo os mais proeminentes cientistas da época. As conferências em física e química continuam sendo realizadas periodicamente até os dias atuais.

1911: Ernest Rutherford, Hans Geiger, e Ernest Marsden realizam o experimento de Rutherford, que prova o modelo atômico com um núcleo pequeno, denso e positivo rodeado por uma nuvem de elétrons difusa.

1912: William Henry Bragg e William Lawrence Bragg propõem a Lei de Bragg e estabelecem o campo da cristalografia de raios X, uma importante ferramenta para elucidar a estrutura cristalina de substâncias.

1912: Peter Debye desenvolve o conceito de dipolo molecular para descrever a assimetria na distribuição de cargas em algumas moléculas.

1913: Niels Bohr introduz o conceito de mecânica quântica na estrutura atômica ao propor o que atualmente é conhecido como o modelo atômico de Bohr, em que os elétrons só existem em órbitas estritamente definidas.

1913: Henry Moseley, trabalhando em cima de uma antiga ideia de Van den Broek, introduz o conceito do número atômico para fixar as inadequações da tabela periódica de Mendeleev, que era baseada na massa atômica.

1913: Frederick Soddy propõe o conceito de isótopo, elementos que possuem as mesmas propriedades químicas podem possuir diferentes pesos atômicos. Henry Moseley, trabalhando de Wien, mostra que partículas subatômicas carregadas podem ser separadas pela sua proporção massa-carga, uma técnica conhecida como espectrometria de massa.

1916: Gilbert N. Lewis publica "The Atom and the Molecule", a fundação da teoria da ligação de valência.

1921: Otto Stern e Walther Gerlach estabelecem o conceito de spin na mecânica quântica em partículas subatômicas.

1923: Gilbert N. Lewis e Merle Randall publicam Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances, o primeiro tratado moderno sobre termodinâmica química.

1923: Gilbert N. Lewis desenvole a teoria do par eletrônico de reação ácido/base.

 1924: Louis de Broglie introduz o modelo de onda da estrutura atômica, baseado na ideia de Dualidade onda-corpúsculo.

1925: Wolfgang Pauli desenvolve o princípio de exclusão de Pauli, que diz que dois elétrons ao redor de um único núcleo não podem ter o mesmo estado quântico, como descrito pelos quatro números quânticos.

1926: Erwin Schrödinger propõe a equação de Schrödinger, que provê a base matemática para o modelo de onda da estrutura atômica.

1927: Werner Heisenberg desenvolve o princípio da incerteza de Heisenberg que, entre outras coisas, explica a mecânica do movimento do elétron ao redor do núcleo.

1927: Fritz London e Walter Heitler aplicam mecânica quântica para explicar a ligação covalente na molécula de hidrogênio., que marca o começa da química quântica.

1930: Linus Pauling propõe as regras de Pauling que são conceitos chaves para o uso da cristalografia de Raio-X para dedução da estrutura molecular. 1930: Liderados por Wallace Carothers, equipe de químicos da DuPont inventa o nylon, um dos mais bem sucedidos polímeros sintéticos na história.

1931: Erich Hückel propõe a Regra de Hückel que explica quando um anel aromático irá possuir propriedade aromáticas.

1931: Harold Urey descobre o Deutério pela destilação fracionada do hidrogênio líquido.

1932: Linus Pauling e Robert Mulliken quantificam a eletronegatividade, elaborando uma escala que atualmente leva seus nomes.

1937: Carlo Perrier e Emilio Segrè executam a primeira síntese confirmada do Tecnécio-97, o primeiro elemento artificialmente produzido e assim preenchendo um dos espaços da tabela periódica. Entretanto, é disputado que o elemento possa ter sido sintetizado ainda em 1925 por Walter Noddack e outros.

1937: Eugene Houdry desenvolve um método de craqueamento catalítico em escala industrial, levando ao desenvolvimento da primeira refinaria moderna. 1939: Linus Pauling pubica o The Nature of the Chemical Bond, uma compilação de décadas de trabalho sobre a ligação química. É um dos mais importantes textos de química modernos. Explica a hibridização, ligação covalente e ligação iônicaatravés da eletronegatividade e a ressonância como um meio de explicar, entre outras coisas, a estrutura do benzeno.

1940: Edwin McMillan e Philip H. Abelson identificam o Neptúnio, o mais leve e primeiro elemento transurânico. McMillan viria a fundar um laboratório na Universidade de Berkeley, Califórnia, que estaria envolvido na descoberta de muitos elementos novos e isótopos.

1941: A partir do trabalho de McMillan, Glenn T. Seaborg descobre nove outros elementos e dúzias de isótopos de elementos conhecidos utilizando reações nucleares e o método de captura de neutrons .

1945: Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin, e Charles D. Coryell executam a primeira síntese confirmada do Promécio, preenchendo o último espaço na tabela periódica.

1945–1946: Felix Bloch e Edward Mills Purcell desenvolvem o processo de Ressonância Magnética Nuclear, uma técnica importante para elucidar a estrutura de moléculas, sobretudo na química orgânica.

1951: Linus Pauling usa a cristalografia de raio-X para deduzir a estrutura secundária de proteínas.

1952: Alan Walsh avança no campo da espectroscopia de absorção atômica, um importante método espectroscópico quantitativo que permite a medida de concentrações específicas em uma mistura.

1952: Robert Burns Woodward, Geoffrey Wilkinson, e Ernst Otto Fischer descobrem a estrutura do ferroceno, uma das descobertas fundadoras do campo da química organometálica.

1953: James D. Watson e Francis Crick propõem a estrutura do DNA, iniciando o campo da biologia molecular.

1958: Max Perutz e John Kendrew utilizam a cristalografia de raio-X para elucidar a estrutura da proteína mioglobina da baleia cachalote.

1962: Neil Bartlett sintetiza o hexafluoroplatinato de xenônio, demonstrando pela primeira vez que os gases nobres podem formar compostos químicos. 1962: George Olah observa carbocátions em reações de superácidos. 1964: Richard R. Ernst realiza experimentos que levam ao desenvolvimento da técnica de Transformada Fourier em RMN que aumenta significativamente a resolução e inicia o campo da ressonância magnética.

1965: Robert Burns Woodward e Roald Hoffmann propõe as Regras de Woodward-Hoffmann que explicam a simetria do orbital molecular e explica a estereoquímica das reações.

1966: Hotosi Nozaki e Ryōji Noyori descobrem o primeiro exemplo de síntese enântioseletiva usando um complexo de metal de transição com quiralidade conhecida.

1970: John Pople desenvolve o programa GAUSSIAN que facilita os cálculos na química computacional.

1971: Yves Chauvin publica uma explicação para o mecanismo de reação das reações da metátese de olefina.

1975: Barry Sharpless e outros descobrem as reações de oxidação enântioseletivas incluindo a epoxidação de Sharpless.

1985: Harold Kroto, Robert Curl e Richard Smalley descobrem os fulerenos, um classe de grandes moléculas de carbono parecidas com um domo geodésico desenhado pelo arquiteto R. Buckminster Fuller.

1991: Sumio Iijima utiliza um microscópio eletrônico e descobre um tipo de fulereno cilíndrico denominado como um nanotubo de carbono, embora trabalhos anteriores tenham sido feitos em em 1951. Este material é um componente importante do campo da nanotecnologia.