炼金术是不是科学？是一直有争议的话题。抱持较狭义“科学观”的科学家、科学哲学家与科学史家，要不是把炼金术当成非科学的一种，就是把它当成被现代化学取代的老思想与技术。例如，科学史家霍尔认为现代化学起于17世纪，炼金术虽然常常被视为化学的祖先，但不是一种知识的传承。因为炼金术应用自然巫术，而且具有神秘主义气息，甚至是故做神秘的结果，缺乏清楚的观念，也拒绝清楚的描述。霍尔说：
如炼金术的暗示，实验（炼金）可以意指玩火、耽溺于熟习秘传或禁制知识的欲望。炼金术士（实验家）是个拥有令无知者恐惧的奇异（如光学、磁学、或烟火技术）力量者；他甚至是浮士德式的人物，被某种欲望所驱使，追求不神圣的作恶知识。虽然炼金术士距女巫较远而距占星家较近，但是占星家的怪诞符号与对命运算计，也在数学上投掷了一道污名的阴影。
显然，炼金术在霍尔笔下是负面的。科学史家德布斯则为炼金术与征象主义提供正面的形象。然后，也有介于两者之间的科学史家如林伯格，一方面重视炼金术合理的理论基础，另方面也提到了炼金术在漫长的历史中感染了巫术、宗教与其他成分。诚如上节所论，炼金术是征象主义整体思想的一部分，它们无疑有一套自然哲学，所以不管我们对炼金术的态度是什么，都很难不承认炼金术对推动化学实验操作上的影响，更何况炼金术有一套物质转化理论。
中世纪的炼金术的理论基础，建立在亚氏的四元素学说上。阿拉伯的学者在吸收希腊思想之后产生对炼金术的兴趣，并在追求过程中改良其理论基础。我们看到地下出现的泥土、石块与金属都是化合物，由土、水、气、火四元素以不同比例化合而成。金属是化合而成的，可是金属跟一般的泥土与石头有极大差异，因此需要一套特别的“金属理论”。一般的金属如铜、铁、银、黄金等都有光泽，或银色或金黄色。同时，一般金属在高热下会流动，冷却后才凝固成坚硬的金属器物。炼金术家在大自然中发现在常温时即可流动的银色水银（mercury），以及出现在火山区域的黄色硫磺（sulfur）。
根据四元素理论，水银含有水，硫磺含有火，这些理论与发现使得炼金术家相信，黄金是由水银与硫磺化合而成的，因为水银可提供光泽，硫磺则能提供黄色的颜色。从这儿推出：把水银与硫磺放在一起，透过某种未知的过程，可以使它们组合成黄金。可是，炼金术家经过无数的实验，总是无法单靠水银与硫磺以及各种操作程序而化合成黄金。既然元素理论已经提供了可行的理论基础，问题可能就在未知的成分。因此，炼金术家假设有一种特别的物质，称为“智者（哲学家）之石”（philosopher’s stone，或“炼金石”或“炼金液”［elixir］），水银与硫磺要透过它的作用才化合成黄金。之所以称为“智者之石”，是因为只有具智慧的哲学家才能找到它，这种假设当然也为炼金术染上了神秘色彩。
结果，从亚里斯多德与伊斯兰的元素理论发展而来的炼金术在长期实践之后，产生一股隐密与神秘主义的气氛，特别是炼金需要智慧的假设；而这种智慧又常被理解成必须透过秘传、神秘的宗教体验来获得，事实上，这一点也被炼金术家用来解释为什么他们始终产生不了黄金，因为那些实践者的智慧不足，无法理解自然的征象与寓意，以致找不到“智者之石”。可是，这并不表示炼金术总是神秘、宗教性、纯信仰且耽溺于意义的诠释，炼金术家也强调实验与观察证据，这个过程体现在他们的实作中。对他们而言，正确的操作步骤与程序也是通往成功不可或缺的一环。在这个意义上，炼金术确实是近代化学与实验科学的源头之一。
在技术层面上，从希腊时代到中世纪的欧洲人已经能透过化合手段制造很多物质，如玻璃、颜料、火药与其他烟火物、药剂，以及一些像硫磺、明矾等等化学物质。种种化合物质的技艺完全来自经验，很多是从阿拉伯人的炼金术中学来的；在追求炼金术的漫长过程中，炼金术家发展的许多重要技术被日后的化学继续沿用，其中最重要的技术是蒸馏（distillation），在15世纪时甚至变成万灵丹。在炼金术中，蒸馏是核心操作，其程序又可依不同操作而被分成各种不同步骤，以便萃取一切物质的菁华（quintessence）。
为什么阿拉伯人与欧洲人会追求炼金术？除了心理动机外，理论基础也是必要的。炼金术家认为，我们经验中的各种物质是四元素以不同比例化合而成，因此只要找到分解它们的方法，或许就可以把“纯元素”分离出来。没有这种理论与它所提供的信念作为基础，炼金术也很难扩展，并发展出许多特殊的技术。但是，如果这个理论没有告诉我们四元素如何以各种比例化合成万事万物——即提供一套“复合理论”（theory of mixture），炼金术的理论基础也不稳固。亚里斯多德主义者确实提供了一套物质的复合理论。
亚里斯多德的“形质说”、“潜能实现说”、“四因说”说明了万事万物的变化，包括不同类物质间的转变。形质论告诉我们，所有物质实体都是形式与质料的结合，形式形塑了物体的外观表象，物质转变则是形式与质料的结合转变。可是在物质的转变现象中，不同外观的物质会聚集、混合或形成全新外观的新物质，会衍伸出新形式如何产生以及旧形式如何不见的问题。
亚氏主义者首先区分两种物质组合的形式——“机械的堆积”（mechanical aggregate）与“复合物”（mixtum）；前者是两种不同实体的成分微粒被混杂在一起，但每种实体都没有失去它们的个体性与外观特征，例如把白盐与黄沙混在一起——这类似今天化学所谓的“混合物”；后者则是不同的成分结合形成一个“同质的复合物”（homogeneous compound），拥有新的形式、新的本质与新的性质，原初实体的形式与特征则都消失了。例如固体方糖溶解在水中，方糖的固体性与白色都消失了，变成无色透明的液体（虽然保特其甜味）。这个新的形式与性质渗透到所有的成分局部，而且大致是原先的形式与性质的平均（糖水不像方糖那么甜）。
这个理论为后来的哲学家与其诠释者带来一个问题：复合物的新形式与新特征是怎么出现的？成分物质原来的形式与特征跑到哪里去了？如何以“形质论”来加以说明？另一个重要而相关的问题则是起于经验观察。经验上，人们观察到所谓的“复合物”有可能通过某种程序被还原为成分实体，例如把盐水晒干后，会回复原先的白色盐结晶。这等于是说原初的形式与特征会在消失后重现，那么它们在“复合状态”时，究竟是以怎样的方式而存在于复合物内？
亚里斯多德的支持者与诠释家都同意，成分元素的实体形式被复合物的新形式给取代了，而新形式的产生必须诉诸于一种更高层次的力量——天体力量或天上的理智力量，可能就是上帝本身。这个高层力量在物质结合成复合物时，把新的实体形式注入原初质料中。而成分物质原来的形式与特征，由于在理论上可能重新出现，因此必须假设它们隐藏在新的复合物中，等待适合的机会再度现身。可是隐藏的方式是什么？不同的诠释家有不同见解。
亚维塞纳认为，成分元素的形式（本质）原封不动地保存在新物质中，只不过它们的性质弱化成不可感知的一点。如此一来，当还原发生时，旧形式就可以重新出现。问题是：形式如何变成“不可感知的一点”？若旧形式原封不动，它如何与新形式共存？亚维洛艾则主张，成分元素的形式与性质之强度及密度会大幅减少，以一种潜存的方式存在于复合物内，其形式（本质）已不再是实体的形式，而是处在一种实体与属性的状态之间。因此，当新物质还原成原成分时，潜存形式就复原了。
问题是，这代表存在一种实体与属性之间的新状态，而那是什么样的状态？是否亚里斯多德原来“实体－属性”的区分也要加以修改？教会官方大师阿奎纳则认为，在复合过程中原始成分的形式消失了，但它们的性质对于该复合物有一种虚拟的影响。因此当还原时，此虚拟影响重新显现出原始形式；换言之，原始形式就像物质化合的新形式产生一样地产生。这种诠释的好处是不必修改亚里斯多德的“实体”与“属性”之区分；问题则是，在还原时成分的形式为什么与原始形式一样？对这类的问题的争辩，就成为中世纪晚期到文艺复兴期间的主要“科学研究”。
如同先前所提，炼金术的动机是把贱金属转变成贵重金属——特别是黄金。可是要注意，alchemy并没有特别指明要得到“黄金”。既然亚里斯多德主义已提供了物质实体转变的理论保证，接下来的问题就只是如何在技术上做到。亚氏理论告诉炼金家，如果可以透过一定程序变更一物质的性质与形式，就可以改变物质。例如，如果可以把黄金的“黄色”、“光泽”、“延展性”移植到其他贱金属上，就可以把它们转变成黄金。在炼金家的眼中，水银的流动性类似于黄金的延展性，水银的银色光泽也很像黄金的明亮光泽，唯一欠缺的是“黄色”的特征；而硫磺是最易找到的黄色物质，因此是否可以把硫磺的“黄色”转植到水银上？如果找到方法，就可以把水银变成黄金。
由于水银和硫磺的普遍性，炼金家甚至相信所有金属都是由这两种物质、再加上其他各种不同的物质复合而成。在地底发现的各种金属，乃是在自然状态下，由水银和硫磺加上其他物质，长期自然复合、发育与成熟而成。如果能模拟地底的自然历程，并找到复合的物质比例，就可以人工生产所有想要的金属。进一步来说，炼金家还想要缩短并加速金属成熟的过程，因此他们在“实验室”中寻找各种方法与配方。
实际上，大多数的炼金家都徒劳无功。然而亚氏理论给他们相当强烈的信心，相信总有一天能成功。无法成功的关键在于不知道“正确的比例与配方”，以及可能有某种关键物质能发挥转变的力量——特别是黄金。他们试图去寻找这个关键物质——炼金液或智者之石。在炼金家的长期努力中，尽管他们从未成功，却发展了许多现代化学使用的处理程序与实验方法，例如蒸馏、溶解（solution）、分离（separation）、升华（sublimation）、沉淀（precipitation）、同化（digestion）、锻烧（calcination）、融合（fusion）等等，还有特别针对生命物质的腐化（putrefaction）与发酵（fermentation）等。他们也创造许多不同类型的化学实验工具，像加热与镕解所需要的锅炉、蒸馏瓶、烧瓶、收集瓶，还有许多可进行炼金物质熔化、混合、捣碎与收集的容器。
在炼金术的漫长发展与演变历史中，它与很多不同的技艺和思想系统结合，例如冶金、染色、药物制作、医疗、巫术、占星等，因而拥有许多技术性、巫术性、寓言性及秘教性的面目，逐渐变成一门无所不包的神秘哲学或知识体系，从而受到教会的敌视与禁制。一直中世纪晚期与文艺复兴时期，它甚至被连结到炼金术士的“精神转型”。某些人相信，“炼金液”不只能把贱金属转变成黄金，也能使人长生不老。信奉这种观念也使得炼金术士成为不折不扣的“（自然）巫师”，也因此，炼金术在科学史上拥有多面的形象，并受到相当不同的评价。
