Cheminė medžiaga – chemijoje vadinama bet kokia medžiaga, turinti tik jai būdingą cheminę sudėtį, natūralus arba pagamintas cheminis elementas ar jų junginys. Lietuvių kalboje terminas „cheminė medžiaga“ dažnai naudojama vien turint omeny chemikalus. Ta pačia prasme kaip cheminė medžiaga, naudojamas pavadinimas „medžiaga“.
Cheminių medžiagų pavyzdžiai: vanduo, druska, cukrus, deguonis, gyvsidabris.
Dauguma cheminių medžiagų turi tris agregatines būsenas: kietą, skystą ir dujinę, ir pereina iš vienos būsenos į kitą, atitinkamai kintant temperatūrai ar slėgiui.
Skiriamos dvi pagrindinės cheminių medžiagų grupės – cheminiai elementai ir cheminiai junginiai. Cheminiai elementai yra medžiagos, kurios negali būti suskaidomos arba transformuojamos įprastais cheminiais procesais. Cheminiai junginiai – medžiagos, sudarytos iš kelių ar daugiau cheminių elementų, susietų tarpusavyje cheminiais ryšiais.
Cheminių medžiagų nereikėtų painioti su mišiniais, kuriuos sudaro kelios ar daugiau sumaišytų cheminių medžiagų. Tačiau dažnai medžiagos egzistuoja mišiniuose, pvz., dirvožemis, sviestas, mediena.