Nguyên tố được cấu tạo từ nguyên tử, là những hạt đại diện cho dạng cơ bản nhất của một nguyên tố. Nguyên tử là hạt nhỏ nhất của một nguyên tố và không thể bị phân chia thêm mà không trở thành một hạt ít phức tạp hơn; trên thực tế, từ 'nguyên tử' xuất phát từ từ "nguyên tử" trong tiếng Hy Lạp, có nghĩa là "không thể phân chia".
Một nguyên tử bao gồm một hạt nhân chứa proton và neutron được bao quanh bởi một đám mây electron. Nguyên tử chủ yếu là không gian trống vì phần lớn khối lượng được chứa trong hạt nhân. Các proton mang điện tích dương và các electron mang điện tích âm có cường độ bằng nhau nên chúng hút nhau. Nơtron không mang điện tích nhưng tạo thêm khối lượng cho hạt nhân. Hầu hết tất cả các nguyên tử ngoại trừ hydro đều có neutron trong hạt nhân của chúng. Mỗi nguyên tử có cùng số proton và electron để bảo toàn tính trung hòa về điện.
Vào đầu thế kỷ 20, nguyên tử được cho là một phiên bản thu nhỏ của hệ mặt trời với các electron quay quanh hạt nhân giống như các hành tinh quay quanh mặt trời. Tuy nhiên, chuyển động của electron hỗn loạn hơn nhiều; không có electron nào chắc chắn có thể được theo dõi hoặc xác định vị trí. Thay vào đó, chúng tồn tại trong các đám mây và vỏ sò.
Các nguyên tử có thể liên kết với nhau thông qua liên kết ion hoặc liên kết cộng hóa trị, trong đó chúng thu được, mất hoặc chia sẻ electron để tạo ra phân tử. Liên kết đơn giản nhất là liên kết hai nguyên tử hydro với một nguyên tử oxy để tạo thành phân tử nước.
