אטומים הם החלקיקים הקטנים ביותר שעדיין שומרים על התכונות הכימיות של יסוד. הם מורכבים מחלקיקים תת-אטומיים הנקראים נויטרונים, אלקטרונים ופרוטונים. יונים הם אטומים טעונים או קבוצות אטומים. יונים יכולים להיות טעונים באופן חיובי או שלילי. יונים טעונים חיובי נקראים קטיונים. יונים טעונים שלילית נקראים אניונים.
אלמנטים הם חומרים בסיסיים, עשויים אטומים, שלא ניתן לשנות כימית או לפרק אותם עוד יותר. אטומים מורכבים מגרעין ליבה ואלקטרונים מסלוליים. הגרעין מורכב מפרוטונים ונויטרונים. פרוטונים הם חלקיקים קטנים בעלי מטען חיובי מעט. נויטרונים הם בערך באותו גודל כמו פרוטונים. אין להם תשלום. אלקטרונים קטנים מאוד, קטנים אפילו יותר מפרוטונים ונויטרונים. לאלקטרונים יש מטען שלילי מעט. מספר הפרוטונים בגרעין האטום קובע איזה יסוד האטום מורכב. מספר האלקטרונים, במיוחד אלקטרוני הערכיות, המקיפים את הגרעין קובע עד כמה האטום הוא תגובתי.
אלקטרונים מקיפים את גרעין האטום מכיוון שהם נמשכים לפרוטונים הטעונים באופן חיובי. הם לא נצמדים לגרעין מכיוון שהם דוחים את המטענים השליליים של האלקטרונים האחרים. אלקטרונים נוטים להסתובב בשכבות הנקראות קליפות. כל קליפה "מתמלאת" כאשר היא מכילה אוקטטה של שמונה אלקטרונים. הקליפה החיצונית ביותר מחזיקה את אלקטרוני הערכיות. אלקטרוני הערכיות קובעים עד כמה אלמנט הוא תגובתי. לאטומים של אלמנטים שונים יש מספר אלקטרונים שונה. ניתן לקבוע את מספר אלקטרוני הערכיות שיש לאטום באמצעות הטבלה המחזורית. בטבלה המחזורית יש שמונה עמודות, ואלמנטים מסודרים לאחת משמונה העמודות. מספר אלקטרוני הערכיות באלמנט תואם את העמודה שלו, שנעה בין אחת לשמונה. הגזים האצילים בעמודה שמונה הם בעלי אוקטטה מלאה של אלקטרוני ערכיות ואינם ריאקטיביים במיוחד.
הגזים האצילים יציבים מאוד מכיוון שיש להם מעטפת חיצונית מלאה. רוב היסודות, למעט המתכות הכבדות, הלנתנידים והאקטינידים, עוקבים אחר כלל האוקטט. כלל האוקטט קובע כי אלמנטים נוטים לעבור תגובות המביאות לקליפת ערכיות מלאה. אטומים עם קליפות חיצוניות מלאות אינם ריאקטיביים במיוחד מכיוון שהם יציבים מבחינה אנרגטית. אטומים מחליפים אלקטרונים כדי להגביר את היציבות.
יונים נוצרים כאשר אטומים מעבירים אלקטרונים. כל האטומים "רוצים" לקבל אוקטטה מלאה של אלקטרונים בקליפותיהם החיצוניות ביותר. אטומים עם שבעה אלקטרוני ערכיות ירצו להשיג אלקטרון אחד שיהיה בסך הכל שמונה. להשיג אחד יותר קל מאשר לאבד שבעה. אטומים עם אלקטרון ערכיות אחד רוצים לאבד אלקטרון כדי ליפול למעטפת מלאה. לאבד אחד קל יותר מאשר להרוויח שבע. לאלקטרונים יש מטען שלילי, ולכן אטומים שצוברים אלקטרון כדי להשלים את האוקטט שלהם גם הם צוברים מטען שלילי והופכים לאניונים. אטומים שמאבדים אלקטרון מאבדים מטען שלילי והופכים לקטיונים. אטומים שמאבדים או צוברים מספר אלקטרונים מאבדים או צוברים מטענים מרובים.
