19世纪化学的另一个重大发展是有机化学的创立与发展。它与18世纪产业革命以来化学工业的迅速发展直接相关。有机物的分析、合成和提纯问题，摆在了化学家的面前。化学原子论的确立使无机化学奠定在坚实的理论基础之上，也为有机化学提供了示范。
早在18世纪，瑞典化学家舍勒即发明了提取有机酸的方法，使人们获得了更多纯粹的有机化合物。大化学家拉瓦锡也将他的氧化学说用于有机分析中，对有机物进行了初步的元素分析，并得出了所有有机物均含有碳和氢的结论。拉瓦锡还提出，有机物与无机物没有什么本质上的不同，它们大多是氧与一个基团相化合的结果。瑞典著名化学家柏采留斯在拉瓦锡的基础上进一步提出，有机物实际上是某种复合基与氧化合形成的。复合基是本身不含氧的原子团，有相对稳定性，可以在与其他元素结合时保持不变。
但是，有机化学尚处在概念不清阶段，人们连什么是有机物都说不清楚。大多数人所谓的有机物实际上专指动植物组织。由于18世纪末生物学界正流行着活力论，关于有机物的研究总带有某种神秘色彩。柏采留斯接受了活力论，并对之进行了系统表述。他认为，化学物质分为两类，视其是否来源于有生命的组织而分为无机物和有机物。由于有机物中含有生命力，无机化学的一些定律并不都适合有机化学。
德国化学家维勒最先跨越了有机物与无机物之间的天然鸿沟。1823年，他从动物尿和人尿中分离出尿素，并研究了它的化学性质。这项成果使他获得了海德堡大学的博士学位。随后，他在柏采留斯的实验室里做了一年研究工作。次年，回到故乡法兰克福，继续从事他感兴趣的氰化物的研究。有一次，他用氰气和氨水发生反应，得到了两种生成物。其中一种是草酸，另一种是某种白色晶体，但他发现该晶体并不是预料中的氰酸氨。进一步分析表明，它竟然是尿素，这使他大吃一惊。因为按照当时流行的活力论的看法，尿素这种有机物含有某种生命力，是不可能在实验室里人工合成出来的。维勒进一步研究，发现可以用多种方法合成尿素，这样在1828年，他很有把握地发表了《论尿素的人工合成》一文，公布了他的重大成果。
柏采留斯先是不相信维勒的工作，后来承认了，但又认为尿素并不是真正的生命组织。无论如何，维勒的工作大大鼓舞了化学家们。他们开始在实验室里用无机物合成有机物，使人们对有机物的化学性质了解得越来越多。有机化学作为一门实验科学开始形成了。
被称为有机化学之父的是德国化学家李比希。他早年留学法国，在盖-吕萨克的实验室里工作。1823年，他与维勒各自分离了一种氰酸。盖-吕萨克认为两种氰酸的分子式实际上是相同的。柏采留斯先是不信，后来自己做了研究，证实了这两种不同化合物具有相同分子式的现象，并把它们称作同分异构体。这一概念表明，相同原子的不同排列将导致不同的化学性质。在这一思想的引导下，后来发展出了结构化学。
李比希回国后，与维勒一起合作从事有机化学的研究，使德国在这个领域遥遥领先。他热情而有号召力，周围聚集了一群青年学者。他自1824年开始任教的吉森大学成了德国化学的研究中心。李比希在那里开辟了一个供学生使用的化学实验室，深受欢迎。世界各地的化学青年，均投奔德国一个名叫吉森的小城市。那里在很长时期内也成了世界化学的中心。
李比希本人在有机化学领域最重要的贡献是发展了有机化学的定量分析方法。他将有机物与氧化铜一起燃烧，然后精确测定生成物中各种元素的含量，从而推知有机物的元素结构。运用这种方法，他确定了不少有机物的化学式。李比希的定量分析方法大大推进了有机化学的发展。
在李比希的领导下，德国化学在19世纪中期取得了举世瞩目的成就，同时也带动了德国化学工业的发展。19世纪下半叶，德国能以其化学工业雄踞欧洲列强之首，李比希功不可没。他是第一个尝试用化学肥料代替天然肥料的人，虽然当时不太成功，但不久就被证明是极为有效的。化肥的使用实际上掀起了一场农业革命，李比希正是这场革命的点火者。
