Os químicos acreditavam que os compostos obtidos a partir de organismos vivos eram demasiadamente complexos para serem sintetizados. De acordo com o conceito de vitalismo, a matéria orgânica era dotado de uma "força vital". Estes compostos foram nomeados como "orgânicos" e as investigações eram primordialmente dirigidas aos materiais inorgânicos, que pareciam ser mais fáceis de serem estudados. Durante a primeira metade do século XIX, os cientistas descobriram que os compostos orgânicos poderiam ser sintetizados em laboratório. Por volta de 1816, Michel Chevreul preparou sabonetes feitos usando gorduras e álcalis. Em 1828, Friedrich Wöhler produziu a ureia, um componente da urina, a partir do sal inorgânico cianato de amônio, NH4CNO, sendo esta preparação atualmente chamada de síntese de Wöhler. Embora Wöhler sempre tenha sido cauteloso sobre a alegação de que teria refutado a teoria da força vital, este evento tem sido muitas vezes visto como um marco para o estabelecimento da química orgânica. Em 1856, William Henry Perkin ao tentar fabricar o quinino, fabricou acidentalmente o corante orgânico conhecido como mauveína. Devido ao grande sucesso financeiro dessa descoberta, o interesse nos estudos em química orgânica aumentou significantemente.[2] A conceito de estrutura química foi crucial para o desenvolvimento de teorias em química orgânica e foram trabalhadas de forma simultânea e independente por Friedrich August Kekulé e Archibald Scott Couper em 1858.[3] Ambos sugeriram que os átomos de carbono tetravalente (que fazem quatro ligações) poderiam se ligar um ao outro para formar uma rede de átomos de carbono, e que os padrões destas ligações podiam ser discernidos por interpretações adequadas de reações químicas que haviam ocorrido. A história da química orgânica continuou com a descoberta do petróleo e a sua separação em frações de acordo com a diferença no ponto de ebulição de seus componentes. Já a indústria farmacêutica teve seu início na última década do século 19, com a fabricação de ácido acetilsalicílico (mais conhecido por como aspirina) pela Bayer na Alemanha.[4]

Embora os primeiros exemplos de reações orgânicas e aplicações eram frequentemente fortuitos, a segunda metade do século XIX testemunhou estudos altamente sistemáticos de compostos orgânicos. A síntese total de compostos naturais começou com ureia e a complexidade aumentou com a obtenção da glicose e o terpineol. Em 1907, cânfora obtida por síntese total foi comercializada pela primeira vez por Gustaf Komppa com cânfora. A partir do século XX, o progresso da química orgânica permitiu a síntese de moléculas altamente complexas. Ao mesmo tempo, os polímeros e as enzimas foram reconhecidos como grandes moléculas orgânicas e petróleo mostrou ser de origem biológica.