Τα άτομα είναι τα μικρότερα σωματίδια που διατηρούν ακόμη τις χημικές ιδιότητες ενός στοιχείου. Αποτελούνται από υποατομικά σωματίδια που ονομάζονται νετρόνια, ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Τα ιόντα είναι φορτισμένα άτομα ή ομάδες ατόμων. Τα εικονίδια μπορούν να φορτιστούν θετικά ή αρνητικά. Τα θετικά φορτισμένα ιόντα ονομάζονται κατιόντα. Τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα ονομάζονται ανιόντα.
Τα στοιχεία είναι θεμελιώδεις ουσίες, φτιαγμένες από άτομα, οι οποίες δεν μπορούν να αλλάξουν ή να αναλυθούν χημικά περαιτέρω. Τα άτομα αποτελούνται από πυρήνα πυρήνα και τροχιακά ηλεκτρόνια. Ο πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια. Τα πρωτόνια είναι μικρά σωματίδια που έχουν ελαφρώς θετικό φορτίο. Τα νετρόνια έχουν περίπου το ίδιο μέγεθος με τα πρωτόνια. Δεν έχουν καμία χρέωση. Τα ηλεκτρόνια είναι πολύ μικρά, ακόμη και μικρότερα από τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Τα ηλεκτρόνια έχουν ελαφρώς αρνητικό φορτίο. Ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα ενός ατόμου καθορίζει ποιο στοιχείο αποτελεί το άτομο. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων, ιδιαίτερα τα ηλεκτρόνια σθένους, που περιστρέφονται σε τροχιά γύρω από τον πυρήνα, καθορίζει πόσο δραστικό είναι το άτομο.
Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται στον πυρήνα ενός ατόμου επειδή προσελκύονται στα θετικά φορτισμένα πρωτόνια. Δεν κολλάνε στον πυρήνα επειδή απωθούνται από τα αρνητικά φορτία των άλλων ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια τείνουν να περιστρέφονται σε στρώματα που ονομάζονται κελύφη. Κάθε κέλυφος "γεμίζει" όταν περιέχει οκτάδα οκτώ ηλεκτρονίων. Το εξωτερικό κέλυφος συγκρατεί τα ηλεκτρόνια σθένους. Τα ηλεκτρόνια σθένους καθορίζουν πόσο αντιδραστικό είναι ένα στοιχείο. Τα άτομα διαφορετικών στοιχείων έχουν διαφορετικό αριθμό ηλεκτρονίων. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων σθένους που έχει ένα άτομο μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας τον περιοδικό πίνακα. Υπάρχουν οκτώ στήλες στον περιοδικό πίνακα και τα στοιχεία οργανώνονται σε μία από τις οκτώ στήλες. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων σθένους σε ένα στοιχείο αντιστοιχεί στη στήλη του, που κυμαίνεται από ένα έως οκτώ. Τα ευγενή αέρια στη στήλη οκτώ έχουν πλήρη οκτάδα ηλεκτρονίων σθένους και δεν είναι πολύ αντιδραστικά.
Τα ευγενή αέρια είναι πολύ σταθερά επειδή έχουν ένα πλήρες εξωτερικό περίβλημα. Τα περισσότερα στοιχεία, με εξαίρεση τα βαρέα μέταλλα, τα λανθανίδια και τα ακτινίδια, ακολουθούν τον κανόνα οκτάδας. Ο κανόνας οκτάδας δηλώνει ότι τα στοιχεία τείνουν να υφίστανται αντιδράσεις που οδηγούν σε ένα πλήρες κέλυφος σθένους. Τα άτομα με πλήρη εξωτερικά κελύφη δεν είναι πολύ αντιδραστικά επειδή είναι ενεργειακά σταθερά. Τα άτομα ανταλλάσσουν ηλεκτρόνια για να αυξήσουν τη σταθερότητα.
Τα ιόντα σχηματίζονται όταν τα άτομα μεταφέρουν ηλεκτρόνια. Όλα τα άτομα «θέλουν» να έχουν μια πλήρη οκτάδα ηλεκτρονίων στα εξώτατα κελύφη τους. Άτομα με επτά ηλεκτρόνια σθένους θα θέλουν να αποκτήσουν ένα ηλεκτρόνιο για να έχουν συνολικά οκτώ. Η απόκτηση ενός είναι ευκολότερη από την απώλεια επτά. Τα άτομα με ένα ηλεκτρόνιο σθένους θέλουν να χάσουν ένα ηλεκτρόνιο για να πέσουν σε ένα πλήρες κέλυφος. Το να χάσεις ένα είναι πιο εύκολο από το να κερδίσεις επτά. Τα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικό φορτίο, έτσι άτομα που κερδίζουν ένα ηλεκτρόνιο για να ολοκληρώσουν την οκτάδα τους κερδίζουν επίσης αρνητικό φορτίο και γίνονται ανιόντα. Τα άτομα που χάνουν ένα ηλεκτρόνιο χάνουν ένα αρνητικό φορτίο και γίνονται κατιόντα. Άτομα που χάνουν ή κερδίζουν πολλαπλά ηλεκτρόνια χάνουν ή κερδίζουν πολλαπλά φορτία.