Elementy składają się z atomów, które są cząstkami reprezentującymi najbardziej podstawową formę elementu. Atom jest najmniejszą cząstką elementu i nie może być dalej dzielony bez stania się mniej złożoną cząstką; w rzeczywistości słowo "atom" pochodzi od greckiego słowa "atomos", co oznacza "niepodzielne".
Atom składa się z jądra zawierającego protony i neutrony otoczone przez chmurę elektronów. Atom to w większości pusta przestrzeń, ponieważ większość masy znajduje się w jądrze. Protony mają dodatni ładunek elektryczny, a elektrony mają ładunek ujemny o jednakowej intensywności, więc przyciągają się nawzajem. Neutrony nie noszą ładunku, ale dodają dodatkową masę do jądra. Niemal wszystkie atomy z wyjątkiem wodoru mają neutrony w ich jądrach. Każdy atom ma taką samą liczbę protonów i elektronów, aby zachować neutralność elektryczną.
Na początku XX wieku atom był uważany za miniaturową wersję układu słonecznego z elektronami krążącymi wokół jądra, podobnie jak planety krążą wokół Słońca. Ruch elektronów jest jednak znacznie bardziej chaotyczny; żaden elektron nie może być definitywnie wyśledzony ani zlokalizowany. Zamiast tego istnieją w chmurach i powłokach.
Atomy mogą wiązać się ze sobą za pośrednictwem wiązań jonowych lub kowalencyjnych, w których zyskują, tracą lub współdzielą elektrony, tworząc cząsteczki. Najprostszym wiązaniem są dwa atomy wodoru wiążące się z atomem tlenu w celu utworzenia cząsteczki wody.
