Liczba atomowa to liczba protonów w jądrze atomu, według MJ Farabee, autora Chemii 1: Atomy i cząsteczki. Liczba protonów określa tożsamość pierwiastka, i określa liczbę elektronów otaczających jądro. To rozmieszczenie tych elektronów determinuje większość chemicznych zachowań pierwiastka.
W układzie okresowym uporządkowanym według rosnącej liczby atomowej elementy o podobnych właściwościach chemicznych naturalnie ustawiają się w tej samej kolumnie lub grupie. Na przykład, wszystkie pierwiastki w Grupie 1A są stosunkowo miękkimi metalami, reagują gwałtownie z wodą i tworzą 1+ ładunki; wszystkie pierwiastki w Grupie 8A są niereaktywnymi, jednocząsteczkowymi gazami w temperaturze pokojowej. Innymi słowy, występuje okresowe powtarzanie właściwości pierwiastków chemicznych wraz ze wzrostem masy.
W oryginalnym układzie okresowym opublikowanym przez Dymitra Mendelejewa w 1869 r. elementy uporządkowano według rosnącej masy atomowej. W tym czasie jądro jeszcze nie zostało odkryte i nie było zrozumienia całej wewnętrznej struktury atomu; w związku z tym jedyną wskazówką do wykorzystania była masa atomowa. Po zrozumieniu struktury jądra okazało się, że to liczba atomowa rządziła właściwościami pierwiastków.
