Les atomes sont les plus petites particules qui conservent encore les propriétés chimiques d'un élément. Ils sont constitués de particules subatomiques appelées neutrons, électrons et protons. Les ions sont des atomes ou des groupes d'atomes chargés. Les ions peuvent être chargés positivement ou négativement. Les ions chargés positivement sont appelés cations. Les ions chargés négativement sont appelés anions.
Les éléments sont des substances fondamentales, constituées d'atomes, qui ne peuvent pas être modifiés chimiquement ou décomposés davantage. Les atomes sont constitués d'un noyau central et d'électrons orbitaux. Le noyau est composé de protons et de neutrons. Les protons sont de petites particules qui ont une charge légèrement positive. Les neutrons ont à peu près la même taille que les protons. Ils n'ont aucun frais. Les électrons sont très petits, encore plus petits que les protons et les neutrons. Les électrons ont une charge légèrement négative. Le nombre de protons dans le noyau d'un atome détermine quel élément l'atome constitue. Le nombre d'électrons, en particulier d'électrons de valence, en orbite autour du noyau détermine la réactivité de l'atome.
Les électrons sont en orbite autour du noyau d'un atome parce qu'ils sont attirés par les protons chargés positivement. Ils ne collent pas au noyau car ils sont repoussés par les charges négatives des autres électrons. Les électrons ont tendance à orbiter dans des couches appelées coquilles. Chaque coquille est « remplie » lorsqu'elle contient un octet de huit électrons. La couche la plus externe contient les électrons de valence. Les électrons de valence déterminent la réactivité d'un élément. Les atomes de différents éléments ont des nombres d'électrons différents. Le nombre d'électrons de valence d'un atome peut être déterminé à l'aide du tableau périodique. Le tableau périodique comporte huit colonnes et les éléments sont organisés dans l'une des huit colonnes. Le nombre d'électrons de valence dans un élément correspond à sa colonne, allant de un à huit. Les gaz rares de la colonne huit ont un octet complet d'électrons de valence et ne sont pas très réactifs.
Les gaz rares sont très stables car ils ont une enveloppe extérieure pleine. La plupart des éléments, à l'exception des métaux lourds, les lanthanides et les actinides, suivent la règle de l'octet. La règle de l'octet stipule que les éléments ont tendance à subir des réactions qui se traduisent par une couche de valence complète. Les atomes à enveloppe extérieure pleine ne sont pas très réactifs car ils sont énergétiquement stables. Les atomes échangent des électrons pour augmenter la stabilité.
Les ions se forment lorsque les atomes transfèrent des électrons. Tous les atomes "veulent" avoir un octet complet d'électrons dans leur enveloppe la plus externe. Les atomes avec sept électrons de valence voudront gagner un électron pour en avoir huit au total. En gagner un est plus facile que d'en perdre sept. Les atomes avec un électron de valence veulent perdre un électron pour tomber dans une coquille pleine. En perdre un est plus facile que d'en gagner sept. Les électrons ont une charge négative, donc les atomes qui gagnent un électron pour compléter leur octet gagnent également une charge négative et deviennent des anions. Les atomes qui perdent un électron perdent une charge négative et deviennent des cations. Les atomes qui perdent ou gagnent plusieurs électrons perdent ou gagnent plusieurs charges.