巴比倫人和埃及人過去認為水，以及後來的空氣和土地是世界的主要元素。米利都哲學家阿那克西曼德添加了第四元素火，並假設在元素形成之前就有壹種原始物質。四大元素由這種原始物質形成後，按照土、水、氣、火的順序分為四層。火使水蒸發，產生土地，水蒸氣上升以圓形管狀雲包圍火。人們眼裏看到的東西，就像壹個天體，就是這些管道的孔，讓我們從孔裏看到裏面的火。
阿那克西美尼，另壹個米利都哲學家，認為氣體或空氣是原始物質，並描述其他元素是由空氣組成的。當空氣變得稀薄時，就變成了火。他的論點是，空氣從嘴裏出來是熱的，但在壓力下出來就感覺冷了。同樣，通過凝結的過程，氣體首先變成水，然後變成土壤。這些元素之間的差別只是量變的結果，元素只是不同程度的空氣凝結或變薄。
亞裏士多德現在被認為是系統提出這壹理論的第壹人。他認為萬物是由土、氣、水、火四種元素組成的，這四種元素是永恒的，並且這四種元素具有成對被感覺的屬性。然後推斷出世間萬物的起源是冷、熱、幹、濕四種原始屬性，元素是由這些原始屬性以不同的比例組成的。
在中世紀，四元素理論曾作為煉金術的理論基礎。煉金術士認為，通過改變這四種原始屬性在物質中的比例，可以將普通金屬變成黃金。
四元素論承認世界的物質性，是它進步的壹面。但長期以來阻礙了化學的發展。直到波義耳否定了四元素說的錯誤，化學才迅速發展起來。