Atomer er de mindste partikler, der stadig bevarer de grundlæggende kemiske egenskaber. De består af subatomære partikler kaldet neutroner, elektroner og protoner. Ioner er ladede atomer eller grupper af atomer. Ioner kan være positivt eller negativt ladede. Positivt ladede ioner kaldes kationer. Negativt ladede ioner kaldes anioner.
Elementer er grundlæggende stoffer, der er lavet af atomer, som ikke kan ændres kemisk eller nedbrydes yderligere. Atomer består af en kernekerne og orbitale elektroner. Kernen består af protoner og neutroner. Protoner er små partikler, der har en lidt positiv ladning. Neutroner har omtrent samme størrelse som protoner. De har ingen afgift. Elektroner er meget små, endda mindre end protoner og neutroner. Elektroner har en lidt negativ ladning. Antallet af protoner i kernen i et atom bestemmer, hvilket element atomet udgør. Antallet af elektroner, især valenselektroner, der kredser om kernen, bestemmer, hvor reaktivt atomet er.
Elektroner kredser om et atoms kerne, fordi de tiltrækkes af de positivt ladede protoner. De holder sig ikke til kernen, fordi de frastødes af de andre elektroners negative ladninger. Elektroner har en tendens til at kredse i lag kaldet skaller. Hver skal "fyldes", når den indeholder en oktet på otte elektroner. Den yderste skal holder valenselektronerne. Valenselektronerne bestemmer, hvor reaktivt et element er. Atomer med forskellige elementer har forskellige antal elektroner. Antallet af valenselektroner, som et atom har, kan bestemmes ved hjælp af det periodiske system. Der er otte kolonner i det periodiske system, og elementer er organiseret i en af de otte kolonner. Antallet af valenselektroner i et element svarer til dets søjle, der spænder fra en til otte. De ædle gasser i kolonne otte har en fuld oktet af valenselektroner og er ikke særlig reaktive.
De ædle gasser er meget stabile, fordi de har en fuld ydre skal. De fleste grundstoffer, med undtagelse af tungmetaller, lanthaniderne og actiniderne, følger oktetreglen. Oktetreglen siger, at elementer har tendens til at gennemgå reaktioner, der resulterer i en fuld valensskal. Atomer med fulde ydre skaller er ikke særlig reaktive, fordi de er energisk stabile. Atomer udveksler elektroner for at øge stabiliteten.
Ioner dannes, når atomer overfører elektroner. Alle atomer "ønsker" at have en fuld oktet af elektroner i deres yderste skaller. Atomer med syv valenselektroner vil ønske at få en elektron til i alt otte. At få en er lettere end at miste syv. Atomer med en valenselektron vil miste en elektron for at falde ned til en fuld skal. At miste en er lettere end at vinde syv. Elektroner har en negativ ladning, så atomer, der får en elektron til at fuldføre deres oktet, får også en negativ ladning og bliver anioner. Atomer, der mister en elektron, mister en negativ ladning og bliver kationer. Atomer, der mister eller vinder flere elektroner, mister eller vinder flere ladninger.