Nguyên tử bao gồm phần trung tâm được gọi là hạt nhân chứa proton và neutron. Các electron quay quanh hạt nhân và thường được tìm thấy theo tỷ lệ 1-1 với proton. Các cấu hình nguyên tử ổn định khác nhau được gọi là nguyên tố. Hydro là loại duy nhất có một proton, một electron và không có neutron.
Khối lượng của một nguyên tử chủ yếu được xác định bởi số proton và neutron mà nó có, vì các electron có khối lượng rất nhỏ. Các proton mang điện tích dương, electron mang điện tích âm và nơtron không mang điện tích. Khối lượng của nguyên tử của một nguyên tố cụ thể có thể khác nhau, vì một số nguyên tử của cùng một nguyên tố có số lượng nơtron khác nhau. Những nguyên tử này được gọi là đồng vị.
Cấu trúc nguyên tử liên quan trực tiếp đến các đặc tính vật lý và hóa học của một nguyên tố. Mọi nguyên tử đều cố gắng có đầy đủ quỹ đạo electron bên ngoài và những nguyên tử không có quỹ đạo đầy đủ tham gia vào các phản ứng hóa học có thể hình thành liên kết mới. Các nguyên tử có đầy đủ lớp vỏ bên ngoài, chẳng hạn như khí quý, không phản ứng.
Nhà hóa học người Nga Dmitri Mendeleev đề xuất sắp xếp các nguyên tử theo khối lượng nguyên tử của chúng, ngày nay được gọi là bảng tuần hoàn các nguyên tố. Sự sắp xếp này vẫn được sử dụng cho đến ngày nay và được cập nhật bất cứ khi nào một phần tử mới được chứng minh là tồn tại. Chỉ có 92 nguyên tố xuất hiện tự nhiên, tính đến năm 2014. Phổ biến nhất là hydro, carbon, nitơ và oxy.
