Debido a sus fuertes conexiones con las culturas griega y romana, la alquimia fue bastante fácilmente aceptada por la filosofía cristiana y los alquimistas medievales europeos absorbieron el conocimiento alquímico islámico. Gerberto de Aurillac (fallecido en 1003), quien más tarde se convertiría en el Papa Silvestre II, fue uno de los primeros en llevar la ciencia islámica a Europa desde España.
En este periodo aparecieron algunas desviaciones de los principios agustinianos de los primeros pensadores cristianos. San Anselmo (1033–1109) fue un benedictino que creía que la fe debe preceder a la razón, como Agustín y la mayoría de los teólogos anteriores a él había creído, aunque él añadió la opinión de que la fe y la razón eran compatibles y fomentó este último en un contexto cristiano. Sus puntos de vista sentaron las bases para la explosión filosófica que habría de ocurrir. Pedro Abelardo continuó el trabajo de Anselmo, preparando los cimientos para la aceptación del pensamiento aristotélico antes de que las primeras obras de Aristóteles alcanzasen Occidente. Su principal influencia en la alquimia fue su creencia en que los universales platónicos no tenían una existencia separada fuera de la consciencia del hombre. Abelardo también sistematizó el análisis de las contradicciones filosóficas.
Robert Grosseteste (1170–1253) fue un pionero de la teoría científica que posteriormente sería usada y refinada por los alquimistas. Grosseteste tomó los métodos de análisis de Abelardo y añadió el uso de observaciones, experimentación y conclusiones al realizar evaluaciones científicas. También trabajó mucho para tender en puente entre el pensamiento platónico y el aristotélico.
Alberto Magno (1193–1280) y Tomás de Aquino (1225–1274) fueron dos dominicos que estudiaron a Aristóteles y trabajaron en la reconciliación de las diferencias entre la filosofía y el cristianismo. Tomás de Aquino también trabajó intensamente en desarrollar el método científico. Incluso fue tan lejos como para afirmar que los universales podrían ser descubiertos sólo mediante el razonamiento lógico y, como la razón no puede oponerse a Dios, debe por tanto ser compatible con la teología. Esto contradecía la comúnmente aceptada creencia platónica en que los universales se encontraban sólo mediante iluminación divina. Ambos estuvieron entre los primeros en emprender el examen de la teoría alquímica y ellos mismos podrían ser considerados alquimistas, excepto por el hecho de que hicieron poco en cuanto a la experimentación.
El primer alquimista auténtico en la Europa medieval fue Roger Bacon. Su obra supuso tanto para la alquimia como la de Robert Boyle para la química y la de Galileo Galilei para la astronomía y la física. Bacon (1214–1294) era un franciscano de Oxford que estudió la óptica y los lenguajes además de la alquimia. Los ideales franciscanos de conquistar el mundo en lugar de rechazarlo le llevaron a su convicción de que la experimentación era más importante que el razonamiento: «De las tres formas en las que los hombres piensan que adquieren conocimiento de las cosas: autoridad, razonamiento y experiencia, sólo la última es efectiva y capaz de llevar de paz al intelecto.» (Bacon). A Roger Bacon también se le ha atribuido el inicio de la búsqueda de la piedra filosofal y del elixir de la vida: «Esa medicina que eliminará todas las impurezas y corrupciones de los metales menores también, en opinión de los sabios, quitará tanto de la corruptibilidad del cuerpo que la vida humana podrá ser prolongada durante muchos siglos.» La idea de la inmortalidad fue reemplazada por la noción de la longevidad: después de todo, el tiempo que el hombre pasa en la Tierra era simplemente para esperar y prepararse para la inmortalidad en el mundo de Dios. La inmortalidad en la Tierra no encajaba con la teología cristiana.
Bacon no fue el único alquimista de esta época pero sí el más importante. Sus obras fueron usadas por incontables alquimistas entre los siglos XV y XIX. Otros alquimistas de su misma época compartieron diversos rasgos. Primero, y más obviamente, casi todos fueron miembros del clero. Esto se debía simplemente a que poca gente fuera de las escuelas parroquiales tenía la educación necesaria para examinar las obras derivadas del árabe. Además, la alquimia en esta época era autorizada por la iglesia como un buen método de explorar y desarrollar la teología. La alquimia era interesante para la amplia variedad de clérigos porque ofrecía una visión racionalista del universo donde los hombres apenas estaban empezando a aprender sobre el racionalismo.
Así que hacia finales del siglo XIII, la alquimia se había desarrollado hasta un sistema de creencias bastante estructurado. Los adeptos creían en la teorías de Hermes sobre el macrocosmos-microcosmos, es decir, creían que los procesos que afectan a los minerales y otras sustancias podían tener un efecto en el cuerpo humano (por ejemplo, si uno aprendiese el secreto de purificar oro, podría usar la misma técnica para purificar el alma humana). Creían en los cuatro elementos y las cuatro cualidades anteriormente descritas y tenían una fuerte tradición de esconder sus ideas escritas en un laberinto de jerga codificada lleno de trampas para despistar a los no iniciados. Por último, los alquimistas practicaban su arte: experimentaban activamente con sustancias químicas y hacían observaciones y teorías sobre cómo funcionaba el universo. Toda su filosofía giraba en torno a su creencia en que el alma del hombre estaba dividida dentro de él tras la caída de Adán. Purificando las dos parte del alma del hombre, éste podría reunirse con Dios.
En el siglo XIV, estos puntos de vista sufrieron un cambio importante. Guillermo de Ockham, un franciscano de Oxford que murió en 1349, atacó la visión tomista de la compatibilidad entre la fe y la razón. Su opinión, hoy ampliamente aceptada, era que Dios debe ser aceptado sólo con la fe, pues Él no podía ser limitado por la razón humana. Por supuesto este punto de vista no era incorrecto si uno aceptaba el postulado de un Dios ilimitado frente a la limitada capacidad humana para razonar, pero eliminó virtualmente a la alquimia como práctica aceptada en los siglos XIV y XV. El papa Juan XXII publicó en el año 1317 un edicto contra la alquimia (Spondet quas non exhibent), que efectivamente retiró a todos los miembros de la iglesia de la práctica del arte. No obstante, se cree que este mismo papa estuvo interesado en el estudio alquímico y que también escribió un tratado titulado Ars transmutatoria4 en el que narraba cómo fabricó 200 barras de oro de un quintal. Los cambios climáticos, la peste negra y el incremento de guerras y hambrunas que caracterizaron a este siglo sirvieron también sin duda de obstáculo al ejercicio filosófico en general.
Nicolas Flamel tenía estos misteriosos símbolos alquímicos grabados en su tumba en la iglesia de los Santos Inocentes de París.
La alquimia se mantuvo viva gracias a hombres como Nicolas Flamel, digno de mención sólo porque fue uno de los pocos alquimistas que escribieron en estos tiempos difíciles. Flamel vivió entre 1330 y 1417 y serviría como arquetipo a la siguiente fase de la alquimia. No fue un investigador religioso como muchos de sus predecesores y todo su interés por el arte giraba en torno a la búsqueda de la piedra filosofal, que se dice que halló. Sus obras dedican gran cantidad de espacio a describir procesos y reacciones, pero nunca llegan realmente a dar la fórmula para conseguir las transmutaciones. La mayoría de su obra estaba dedicada a recoger el saber alquímico anterior a él, especialmente en lo relacionado a la piedra filosofal.
Durante la baja Edad Media (1300–1500) los alquimistas fueron muy parecidos a Flamel: se concentraron en la búsqueda de la piedra filosofal y el elixir de la juventud, que ahora se creía que eran cosas separadas. Sus alusiones crípticas y su simbolismo llevaron a grandes variaciones en la interpretación del arte. Por ejemplo, muchos alquimistas durante este periodo interpretaban que la purificación del alma significaba la transmutación del plomo en oro (en la que creían que el mercurio desempeñaba un papel crucial). Estos hombres eran considerados magos y hechiceros por muchos y fueron con frecuencia perseguidos por sus prácticas.
Uno de estos hombres que surgió a principios del siglo XVI se llamaba Heinrich Cornelius Agrippa. Este alquimista creía ser un mago y poder invocar espíritus. Su influencia fue insignificante pero, como Flamel, elaboró escritos a los que se refirieron alquimistas de años posteriores. De nuevo como Flamel, hizo bastante por cambiar la alquimia de una filosofía mística a una magia ocultista. Mantuvo vivas las filosofías de alquimistas anteriores, incluyendo la ciencia experimental, la numerología, etcétera, pero añadió la teoría mágica, lo que reforzó la idea de la alquimia como creencia ocultista. A pesar de todo esto, Agrippa se consideraba a sí mismo cristiano, si bien sus opiniones entraron con frecuencia en conflicto con la Iglesia.
