Số hiệu của nguyên tử là số proton nằm trong hạt nhân, còn số khối là số proton và nơtron kết hợp với nhau. Số hiệu nguyên tử xác định loại nguyên tố của nguyên tử , trong khi số lượng neutron xác định đồng vị của nguyên tố. Nhiều nguyên tố tự nhiên xuất hiện dưới dạng một số đồng vị khác nhau.
Tất cả các nguyên tử đều có hạt nhân, bao gồm một đám proton và neutron, cũng như một "đám mây" electron bao quanh hạt nhân. Proton là các hạt mang điện tích dương, neutron là các hạt không có điện tích và các electron là các hạt mang điện tích âm.
Trong hầu hết các trường hợp, điện tích thuần của nguyên tử là trung hòa vì các proton và neutron được tìm thấy với số lượng giống hệt nhau. Khi một nguyên tử tăng hoặc mất một electron, nguyên tử đó sẽ trở thành một ion tích điện. Nếu một electron bị mất đi, nguyên tử sau đó trở nên tích điện dương; tuy nhiên, nếu nó nhận được một electron, nguyên tử sẽ trở nên tích điện âm.
Nếu một nguyên tử mất một nơtron và trở thành một đồng vị, thì các đặc tính của nó có thể khác với những đặc tính ở cấu hình tự nhiên. Thông thường, các nguyên tử phóng xạ trải qua một quá trình phân rã dẫn đến nguyên tử mất đi các nơtron.
