Potenciali cheminė energija yra energija, sukaupta medžiagoje, kuri gali išsiskirti vykstant cheminei reakcijai. Ši energija gali būti gaunama sujungiant atomus ar molekules arba suskaidžius molekules. Jis išsiskiria šilumos, šviesos arba abiejų pavidalu. Paprastai tam tikro tipo paleidiklis reikalingas potencialiai energijai išlaisvinti, tačiau šis paleidiklis gali būti toks paprastas, kaip tiesiog sumaišyti dvi medžiagas, pvz., labai reaktyvaus metalo, kalio, pridėjimas su vandeniu, todėl vyksta labai stipri reakcija, kuri išskiria daug šilumos.
Ryšių tarp atomų susidarymas ir nutraukimas yra visos potencialios cheminės energijos šaltinis. Priklausomai nuo tokių ryšių stiprumo, sukauptos energijos kiekis skirsis. Labai stiprūs ryšiai sukaupia nedidelį energijos kiekį, o silpni – didesnį kiekį. Stiprūs ryšiai yra labai stabilūs ir jiems nutraukti reikia papildomos energijos, o tai reiškia, kad nutrūkus išsiskiria mažiau energijos. Silpniems ryšiams yra priešingai, todėl jiems reikia mažai papildomos energijos, kad būtų nutraukta ir išleista daug energijos.
Šis potencialios cheminės energijos principas yra daugelio pasaulio energijos šaltinių naudojimo pagrindas. Angliavandenilių kuras, taip pat žinomas kaip iškastinis kuras, pavyzdžiui, anglis, nafta ir jos rafinuoti dariniai, turi labai daug potencialios cheminės energijos. Deginant šių medžiagų molekulės susijungia su deguonimi. Dėl to nutrūksta kai kurie molekuliniai ryšiai tarp tam tikrų molekulių atomų, o kiti susidaro, nes deguonies atomai yra įtraukiami į molekulinę struktūrą, o šis procesas vadinamas oksidacija. Dėl to išsiskiria potenciali cheminė energija šilumos ir šviesos pavidalu, bet ypač šiluma, kuri panaudojama ir naudojama mašinoms maitinti bei paverčiama elektra.
Sukaupta energija išreiškiama standartiniais tarptautiniais vienetais (SI) megadžauliais kilogramui (Mj/kg), o energijos kiekis, sukauptas medžiagoje, atsižvelgiant į tam tikrą masę, vadinamas energijos tankiu. Tai leidžia palyginti potencialios cheminės energijos kiekį, sukauptą vienoje medžiagoje, su kita pagal masę. Šio tipo energija gali būti išleidžiama įvairiais būdais. Kalbant apie iškastinį kurą, jis paprastai išsiskiria deginant. Medžiagoms, tokioms kaip maistas, jis išsiskiria organizme vykstant medžiagų apykaitos procesams, kurie chemiškai yra identiški deginimui, tačiau vyksta daug lėčiau ir kontroliuojamu greičiu.
Sprogmenys, tokie kaip dinamitas ir nitroglicerinas, labai greitai išskiria potencialią cheminę energiją, o tai suteikia jiems sprogstamųjų savybių. Dauguma sprogmenų turi santykinai mažą potencialios cheminės energijos kiekį pagal masę, net lyginant su tokiais dalykais kaip cukrus, tačiau jų cheminės savybės leidžia šią energiją išleisti beveik akimirksniu. Pavyzdžiui, nitroglicerine yra 6.5 Mj/kg, o žaliose cukranendriose – 19 Mj/kg.