Ở cấp độ nguyên tử, giới vô cơ và hữu cơ hoàn toàn thống nhất. Trong số hơn 100 nguyên tố hoá học đã biết, người ta thấy trong tế bào sống có khoảng 60 nguyên tố, các nguyên tố này có cả ở giới vô cơ và hữu cơ. Trong đó cacbon là nguyên tố cơ bản nhất của sự sống vì nguyên tố C có thể liên kết với các nguyên tố C khác hoặc với các nguyên tử H, O, N tạo ra vô số các hợp chất hữu cơ.
Trong chất nguyên sinh của tế bào có các hợp chất hữu cơ chính là protein, gluxit, lipit, axit nucleic, ATP, và một số hợp chất vô cơ như nước, muối khoáng.
Ngày nay cơ sở vật chất chủ yếu nhất của sự sống không chỉ protein mà gồm cả axit nucleic và các poli phối phát. Trong đó, cấu trúc đa phân làm cho axit nucleic và protein vừa rất nhiều dạng nhưng cũng rất đặc thù. Đây là nét độc đáo của các đại phân tử hữu cơ.
Tóm lại, sự khác nhau trong cấu tạo giữa vật chất vô cơ và vật chất hữu cơ bắt đầu từ các phân tử. Sự sống không tồn tại riêng rẽ từng phân tử mà tồn tại trong sự tương tác giữa các đại phân tử nằm trong hệ thống chất nguyên sinh trong tế bào. Tiêu biểu là mối quan hệ ADN - ARN - protein.