科学技术研究对象具有多层次、多尺度特征及介尺度复杂性，化学研究也是如此。
传统意义上的化学研究对象的大尺度
例如中学化学对化学研究对象，描述为：化学是一门在分子、原子层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学，研究对象是物质，研究内容有物质的组成、结构、性质、变化规律、用途等。
短周期元素原子半径：H0.nmLi0.nmBe0.nmB0.nmC0.nmN0.nmO0.nmF0.nmNa0.nmMg0.nmAl0.nmSi0.nmP0.nmS0.nmCl0.nm，其中原子半径最小的是氢原子，只有0.nm。我们先想象一下1nm有多长？我们假设一个人的肩宽是一纳米，那么10亿人并排在一起才能达到一米的长度。实际上人肩膀宽度假设一米，这10亿人并排起来会达到万千米，赤道长度才4万千米，接近25个地球。
那么在分子水平上，最大的分子有多大尺寸？分子最大的，应属于由千百个原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的有机化合物。有机高分子化合物可以分为天然有机高分子化合物（如淀粉、纤维素、蛋白质、天然橡胶等）和合成有机高分子化合物（如聚乙烯、聚氯乙烯等），它们的相对分子质量可以从几万直到几百万或更大，但他们的化学组成和结构比较简单，往往是由无数（n）结构小单元以重复的方式排列而成的。
例如硫化橡胶，整个硫化橡胶是一个复杂的体型分子。也就是说，橡胶制品有多大，分子就有多大。比如轮胎，就是一个大的橡胶分子。当然里面的少量填充物是小分子单独存在，但其最主要的橡胶成分，通过硫化已经成为一个体型分子了。
学科融合背景下的化学研究对象的大尺度
中学的物理，是子弹打木块，灯泡连电池，电子穿磁场，冰块融化时；中学的化学，是冒气泡，变颜色，长长的方程式一个个，感觉两者是八竿子打不着。不过仔细看，化学虽然研究分子、研究反应很多，但是原子的结构也需要研究，而物理研究对象的尺度范围很大，其中也包含原子。物理和化学，在中学的时候其实已经有一些交界了。
到了大学、研究生阶段，仅从化学的角度来看，做材料的，研究物理性质如何与物质结构相联系并做出相应的材料（电致发光、光致发光、超光滑涂层等）；研究单分子磁体的；做理论计算化学的（量子力学与化学的结合）；做核化学的等等，都有物理和化学交相辉映的。
其实物理和化学，化学和生物融合很深的。讲弦理论的时候，可能联系不上化学；做有机合成时，跟物理也没多大关系，但是，还有很多领域是越来越需要学科交叉融合互助的，这样才有助于各个学科甚至整个人类文明更好的发展。
并且即使物理和化学研究的物体的尺度有时看上去一样，但理论物理是研究微观粒子和相互作用力原理，或者宏观物体作用力原理，主要研究“量变”。而化学时研究原子组成的分子或离子尺度的物质间相互作用力原理以及实践应用，主要研究“质变”问题。他们的研究用的基本理论和基本概念是相同的，只是研究对象尺度和考虑问题的角度不同，所以应用的模型和衍生概念就会不一样。
化学研究对象在空间尺度上有很大的跨度，这也是结构化学的魅力所在。
例如，碳元素的几种同素异形体，中学化学主要介绍金刚石和石墨。其实更多的碳元素同素异形体被研制，他们空间尺度各异。
富勒烯（Fulluerene）是除钻石，石墨以外的碳的第三种同素异形体。而其结构跟足球相似，由60个以上的碳原子通过共价键结合组成。特别是由60个碳组成的富勒烯C60,由于其形状与建筑家RichardBuckminsterFuller设计的一个拱顶很相似，所以也被称为Buckminster富勒烯。C60的发现者是佛罗里达州立大学的克罗托，美国莱斯大学的斯莫利，柯尔等人，也正是由于该发现，他们获得了年的诺贝尔化学奖。
石墨烯。年英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆教授与康斯坦丁·诺沃肖洛夫（当时是学生）从石墨中剥离出的碎片中得到了石墨烯。该方法特别简单，他们将石墨片放置在塑料胶带中，折叠胶带粘住石墨薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二。不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，而其中部分样品仅由一层碳原子构成——他们制石墨烯的导电率是硅的倍，并且强度是钢铁的倍。而正由于石墨烯的发现，这师徒二人也获得了年的诺贝尔物理学奖。
年、NEC基础研究所的饭岛澄男，在富勒烯的合成研究中，在电弧放电的阴极堆积物中发现了碳纳米管。一枚石墨烯弯曲成桶状的结构，直径大概数十纳米，长约数微米，因此而得名。现在，平板显示器，扫描探针显微镜尖端，各种气体的吸附材料等方面的应用性研究正备受