Алхимия — это наука, занимающаяся преобразованием материи из одних форм в другие. Для использования алхимии требуется знать принципы химии и физики. Превращение материи называется  трансмутацией  и состоит из трёх этапов: первый — анализ, распознание структуры вещества, второй — разложение материи на составляющие, третий — синтез их в нужную материю. Алхимики могут превращать одни вещества в другие и изменять форму вещей, есть возможность также соединять живых существ, создавая  химер, или вселять душу в неодушевлённые предметы с помощью печати кровью. Тем не менее, есть основной закон алхимии, закон равноценного обмена, который заключается в следующем: если алхимику нужно что-то получить, ему нужно пожертвовать чем-то равноценным. Эффект, возникающий, когда алхимик пытается совершить преобразование, для которого ему не хватает исходного материала, то есть когда он пытается взять больше, чем отдаёт, называется отдачей. Для проведения преобразования требуется начертить  алхимический круг, определяющий суть трансмутации, а затем алхимик должен активировать его. Круги могут быть начерчены, выложены или вырезаны на цели преобразования, рядом с ней, на одежде алхимика или даже вытатуированы на его коже.

В каждой душе есть  Врата, которые позволяют людям использовать алхимию. Алхимикам запрещено делать золото, кроме того, под негласным запретом находится попытка создания человеческого организма. Если попытаться создать человеческий организм с помощью алхимии, то некая сущность, называемая  Истиной, с помощью Врат даст алхимику огромные знания об алхимии и границах её возможностей, чтобы тот понял, что человеческой душе для трансмутации нет цены, а затем отбирает определённую «плату» за полученный «урок» — как правило, это часть тела алхимика. Алхимик, вступивший в контакт с Истиной, может проводить трансмутации, не рисуя алхимический круг. В империи Синь используется несколько иная разновидность алхимии, называемая Рентандзюцу. Принципы и цели Рентандзюцу несколько отличаются от алхимии Аместриса: она основана на движении потоков энергии ци, и используется главным образом в медицинских целях. В  аниме 2003  года Врата служат проходом в наш мир.