Химический состав клетки чрезвычайно сложен и включает в себя как органические, так и неорганические соединения. Если проанализировать, из каких химических элементов состоит клетка, то выяснится, что в ней представлена почти вся таблица Менделеева. Однако представлена крайне неравномерно. Одни элементы нужны клетке в больших количествах, другие – в меньших. Четыре элемента являются абсолютно преобладающими: это водород, кислород, углерод и азот. Их называют основными элементами клетки, или элементами-органогенами. Понятно, что если клетка на 80 % состоит из воды, а оставшиеся 20 % почти полностью приходятся на разные органические вещества, среди которых львиную долю занимают азотсодержащие белки, а также, в порядке уменьшения, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты, то атомов О, H, C, N в клетке будет абсолютное и преобладающее большинство. Такие элементы, как сера, фосфор, кальций, магний, натрий, калий, хлор, железо, медь относятся к макроэлементам и необходимы для функционирования любой живой клетки, т. к. участвуют во многих химических реакциях, происходящих в клетке. Фосфор, кроме того, входит в состав нуклеиновых кислот и фосфолипидных мембран, а сера входит в состав аминокислот метионина и цистеина. Ежедневная потребность в этих веществах у человека измеряется граммами. По современным данным, более 30 микроэлементов считаются необходимыми для жизнедеятельности растений и животных. Среди них: бром, йод, цинк, селен, хром и другие минералы. Чем меньше концентрация соединений в организме, тем труднее бывает установить биологическую роль элемента, идентифицировать соединения, в образовании которых он принимает участие. Формально микро- и макро- элементы разделяют следующим образом: элементы, содержание которых в живых организмах составляет больше 0,001 %, – макроэлементы, менее 0,001 % – микроэлементы. Кроме того, потребность разных клеток в микроэлементах не одинакова: например, клетки щитовидной железы очень чувствительны к недостатку йода, в отличие от большинства клеток организма. Элементы, находящиеся в следовых количествах, чаще всего – как химические аналоги макро- и микроэлементов: например, щелочной металл цезий (в т. ч. радиоактивный изотоп) может включаться в живые ткани вместо калия и натрия.
Химический состав в общих чертах одинаков во всех клетках, что является одним из косвенных доводов в пользу обоснования родства всех живых организмов. В первую очередь это вода, которая благодаря свойствам универсального растворителя и теплоносителя выполняет важнейшие функции среды для протекания химических реакций в клетке (а также выступает как реагент, например, в реакциях фотосинтеза). Минеральные соли, представленные в ионной форме, определяют электрические свойства клетки (заряд на плазматической мембране обусловлен в первую очередь ионами Na+, K+, Cl–) и возникновение потенциала действия в возбудимых тканях (те же и Ca++), буферные свойства цитозоля и жидкостей организма (анионы фосфорной и угольной кислот), минерализацию скелетных структур организма и т. п. Основными веществам, обеспечивающими специфические функции клетки как живого организма, являются органические макромолекулы – нуклеиновые кислоты и белки, важную роль также играют углеводы и липиды.
