Gli atomi sono le particelle più piccole che conservano ancora le proprietà chimiche di un elemento. Sono costituiti da particelle subatomiche chiamate neutroni, elettroni e protoni. Gli ioni sono atomi o gruppi di atomi carichi. Gli ioni possono essere caricati positivamente o negativamente. Gli ioni caricati positivamente sono chiamati cationi. Gli ioni con carica negativa sono chiamati anioni.
Gli elementi sono sostanze fondamentali, costituite da atomi, che non possono essere chimicamente modificate o ulteriormente scomposte. Gli atomi sono costituiti da un nucleo centrale e da elettroni orbitali. Il nucleo è formato da protoni e neutroni. I protoni sono piccole particelle che hanno una carica leggermente positiva. I neutroni hanno circa le stesse dimensioni dei protoni. Non hanno alcun addebito. Gli elettroni sono molto piccoli, persino più piccoli dei protoni e dei neutroni. Gli elettroni hanno una carica leggermente negativa. Il numero di protoni nel nucleo di un atomo determina quale elemento l'atomo costituisce. Il numero di elettroni, in particolare gli elettroni di valenza, che orbitano attorno al nucleo determina la reattività dell'atomo.
Gli elettroni orbitano attorno al nucleo di un atomo perché sono attratti dai protoni carichi positivamente. Non si attaccano al nucleo perché sono respinti dalle cariche negative degli altri elettroni. Gli elettroni tendono ad orbitare in strati chiamati gusci. Ogni guscio è "riempito" quando contiene un ottetto di otto elettroni. Il guscio più esterno contiene gli elettroni di valenza. Gli elettroni di valenza determinano la reattività di un elemento. Gli atomi di elementi diversi hanno un numero diverso di elettroni. Il numero di elettroni di valenza di un atomo può essere determinato utilizzando la tavola periodica. Ci sono otto colonne sulla tavola periodica e gli elementi sono organizzati in una delle otto colonne. Il numero di elettroni di valenza in un elemento corrisponde alla sua colonna, compreso tra uno e otto. I gas nobili nella colonna otto hanno un intero ottetto di elettroni di valenza e sono poco reattivi.
I gas nobili sono molto stabili perché hanno un guscio esterno pieno. La maggior parte degli elementi, ad eccezione dei metalli pesanti, dei lantanidi e degli attinidi, seguono la regola dell'ottetto. La regola dell'ottetto afferma che gli elementi tendono a subire reazioni che si traducono in un guscio di valenza completo. Gli atomi con i gusci esterni pieni non sono molto reattivi perché sono energeticamente stabili. Gli atomi scambiano elettroni per aumentare la stabilità.
Gli ioni si formano quando gli atomi trasferiscono gli elettroni. Tutti gli atomi "vogliono" avere un intero ottetto di elettroni nei loro gusci più esterni. Gli atomi con sette elettroni di valenza vorranno guadagnare un elettrone per avere un totale di otto. Guadagnarne uno è più facile che perderne sette. Gli atomi con un elettrone di valenza vogliono perdere un elettrone per cadere in un guscio completo. Perderne uno è più facile che guadagnarne sette. Gli elettroni hanno una carica negativa, quindi gli atomi che ottengono un elettrone per completare il loro ottetto stanno anche guadagnando una carica negativa e diventano anioni. Gli atomi che perdono un elettrone perdono una carica negativa e diventano cationi. Gli atomi che perdono o acquistano più elettroni perdono o acquistano più cariche.