复杂如何产生简单？这是现代科学的一个重大问题。一群蚂蚁可以相互合作，用身体搭建起能够跨越缝隙的桥梁；成千上万只飞行的鸟，可以在空中组成复杂的队列；磁性从数以亿计的电子的排列中产生；微小的水和空气分子形成飓风……自然界充满了这种由相对简单的元素自发产生复杂行为的现象。为了描述这些令人困惑的自组织现象，研究人员创造了“涌现”一词。一些涌现现象是以从复杂的内在产生简单的外在的形式出现的。
外在的简单与内在的复杂并不矛盾，事实上二者相辅相成。温度、密度和压力都是相对容易测量的，但它们实际上是源自于数量极其庞大的原子和分子的运动和排列。即便我们可以对每个粒子进行独立追踪，谈论单个分子的温度也是没有意义的，只有速度的整体分布——这样一种集体属性，决定了温度、密度和压力。
复杂如何产生简单？这是现代科学的一个重大问题。它看起来就像是魔术一样，一堆原子集体性地做了单原子无法独立做到的事情。一些涉及到极高复杂性的其他类型的涌现，也都是从简单的元素中产生和传播的，例如生命，它们来自于早期地球上的简单的、生命起源之前的化学。
涌现有不同的含义，具体取决于要用它来描述什么。
有时，“涌现”仅仅是简单地表示“发生”或“出现”，但在更专业的语境下，涌现的概念通常被分为“弱”和“强”。弱涌现所对应的情况是，整体只是看起来超越了各部分的总和，但只要具有足够的知识，整体就可以等于各部分的总和。弱涌现系统的难以跟踪和难以预测，是因为它们的复杂性，而不是因为它从根本上是新的。一些哲学家甚至认为，所有表观上的涌现都是弱涌现，它在很大程度上是由人类的视角和知识的局限性带来的幻觉。
强涌现适用于整体真的大于各部分之和的系统，这意味着我们不能仅基于对整体的某个组成部分的理解，来理解或预测强涌现系统的性质。强涌现的证据可能包括出现新的物理定律，比如时间不对称性或超导性。有些人认为，化学本身就是一个强涌现的例子，因为化学性质似乎不能完全从亚原子粒子中推导出来。在过去的十年里，许多学科都在涌现方面进行了大量的研究。
物质的相变，就是一个物理学中的涌现行为的一个例子，这也是一个最容易观测的性质。冰、水、水蒸气都拥有相同的化学性质，但它们的物理性质却截然不同。近年来，凝聚态物理学家发现了大量新颖的、独特的、神秘的物质的相，包括软物质、超导体、拓扑相，甚至时间晶体。其中，许多的这些物质的相的性质，似乎并不能根据它们的分子组成来预测。
生物体中，复杂性是显而易见的。生物学中的许多问题都可以追溯到复杂系统是如何从更简单的组成部分发展而来的：生命是从化学中涌现的；多细胞生物是从单细胞实体中涌现的；群落是从个体中涌现的；思维是从相互连接的神经元中涌现的。生物进化是作为一种涌现现象来研究的，近期一些研究正努力想要知道，一些自然选择筛选的基因变化，是否并不是完全随机的，而是通过大量的突变机制涌现的。
化学可以被用来研究和理解涌现。首先，这是因为化学有一套相对没有争议的、明确的、有经验支持的理论和现象描述。其次，通过量子化学的表述，化学与量子力学之间建立了种定义明确的科学联系，从而为我们提供了强有力的材料来阐明量子化学与基础物理学的联系。第三，与生物学不同，化学没有围绕生命或意识本质的难题，因此我们可以专注于化学实体与基本物理粒子之间相互作用的方式。
许多领域是在不同的尺度上讨论涌现的。
自上而下建模的方法（例如，从可观测的星系或社会等复杂系统的行为开始）往往最终会与自下而上建模的方法（从单基因或亚原子粒子开始）产生分歧。在物理学中，量子力学自下而上的发现与广义相对论的自上而下的观察之间的脱节清楚地表明，我们缺乏统一的物理理论。哲学家和科学家仍在努力弥合各种见解和随之而来的弱点，自上而下和自下而上的方法都可以给我们带来理解宇宙中一些最大和最小的问题的线索。