Empirinės formulės apibūdina kiekvienos rūšies atomų santykį medžiagoje. Žodis „empirinis“ reiškia empirinių formulių kilmę stebimuose rezultatuose; tai formulės nustatomos eksperimentu. Mokslininkai tikrina nežinomų junginių sudėtį, stebėdami jų susidarymą arba sąveiką su žinomomis medžiagomis. Atomų santykis junginyje suteikia tik apytikslį supratimą apie jo prigimtį, tačiau tai yra tolesnio tyrimo pagrindas.
Jei mokslininkai gali sukurti junginį ir žinoti reagentų arba reaguojančių medžiagų sudėtį, jie gali nustatyti empirinę produkto formulę. Jie atlieka reakciją, kad pagamintų produktą, nepalikdami nesureagavę įvesties. Jie taip pat stebi reagentų, kurie patenka į reakciją, proporcijas. Svarbu, kad jie žinotų reagentų molekulių proporciją, o ne masės ar tūrio proporciją, nes šie matavimai skirtingoms molekulėms gali skirtis. Reagentų dalis nurodo atomų santykį produkte, nes visos jų įdėtos molekulės yra naudojamos reakcijoje.
Kitas empirinių formulių nustatymo būdas – sukelti junginio reakciją su kita medžiaga ir stebėti reakcijos produktus. Mokslininkai dažniausiai naudoja šį metodą analizuodami angliavandenilius – medžiagas, kuriose yra tik anglies ir vandenilio atomai. Jie sudegina nežinomus angliavandenilius ir surenka anglies dioksidą bei vandens garus, kuriuos sukelia reakcija.
Degdamas angliavandenilis reaguoja su deguonimi; reakcija gali būti pavaizduota kaip A CfHg + B O2 –> D CO2 + E H2O, kur A, B, D ir E nurodo molekulių proporcijas reakcijoje, o f ir g – anglies ir vandenilio proporcijas angliavandenilyje. . Eksperimentuotojai matuoja anglies dioksido ir vandens garų masę. Tada jie padalija šiuos skaičius iš atitinkamų junginių molekulinės masės. Anglies dioksido atveju gautas skaičius yra toks pat kaip anglies atomų skaičius, tačiau jie turi padauginti vandens molekulių skaičių iš dviejų, kad gautų vandenilio molekulių skaičių. Jie randa mažiausius sveikuosius skaičius, kurie išsaugo C ir H proporciją, o tai yra f ir g lygtyje: empirinės formulės indeksai.
Empirinės formulės nenurodo tikslios molekulės struktūros. Pavyzdžiui, acetilenas ir benzenas yra angliavandeniliai, kuriuose yra vienodas anglies ir vandenilio atomų skaičius, todėl kiekvieno iš jų empirinė formulė yra CH. Acetileno molekulinė formulė yra C2H2, o benzeno – C6H6. Jie turi labai skirtingas savybes, nepaisant tos pačios empirinės formulės. Acetilenas yra labai sprogios dujos, naudojamos pjovimui ir suvirinimui; šešių anglies benzeno žiedai yra galutinis aromatinių medžiagų komponentas ir yra daugelyje molekulių, atsakingų už skonį ir kvapą.