تحتوي الخلية على العديد من المركبات الكيميائية المختلفة، والتي يمكن تصنيفها إلى عدة فئات رئيسية :

1. الماء (H₂O):

يشكل الماء المكون الرئيسي للخلية، حيث يشكل ما بين 70% إلى 95% من وزنها. وهو ضروري لجميع التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث داخل الخلية، كما يعمل كمذيب للعديد من المواد.

2. الجزيئات العضوية:

*

الكربوهيدرات (السكريات):

تُستخدم كمصدر رئيسي للطاقة، كما تدخل في تركيب جدران الخلايا النباتية. أمثلة: الجلوكوز، النشا، السليلوز.
*

الدهون (الليبيدات):

تُستخدم كمصدر للطاقة المخزنة، وتدخل في تركيب الأغشية الخلوية، كما تعمل كعوازل حرارية. أمثلة: الدهون الثلاثية، الفوسفوليبيدات، الكوليسترول.
*

البروتينات:

تشكل البروتينات المكون الرئيسي للخلايا، ولها وظائف متنوعة، منها: الإنزيمات (تحفيز التفاعلات الكيميائية)، الهياكل الداعمة، النقل، الدفاع (الأجسام المضادة). تتكون البروتينات من سلاسل من الأحماض الأمينية.
*

الأحماض النووية:

تخزن المعلومات الوراثية وتنقلها. أمثلة: DNA (الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين) و RNA (الحمض النووي الريبوزي).

3. الجزيئات غير العضوية:

*

الأملاح المعدنية:

تدخل في العديد من العمليات الحيوية، مثل تنظيم توازن الماء، ونقل الإشارات العصبية، وتفعيل الإنزيمات. أمثلة: الصوديوم، البوتاسيوم، الكالسيوم، المغنيسيوم، الفوسفات.
*

الغازات:

مثل الأكسجين (O₂) وثاني أكسيد الكربون (CO₂)، الضرورية للتنفس الخلوي.

تختلف أنواع وكميات هذه المركبات باختلاف نوع الخلية ووظيفتها. فمثلاً، ستحتوي خلايا الكبد على تركيزات عالية من الإنزيمات المتعلقة بتكسير المواد السامة، بينما ستحتوي خلايا العضلات على تركيزات عالية من البروتينات المتعلقة بالانقباض. هذه قائمة عامة، و هناك العديد من المركبات الأخرى الموجودة في الخلايا، بعضها بكميات صغيرة جداً لكنها تلعب أدواراً هامة.