Atomen zijn de kleinste deeltjes die nog de chemische eigenschappen van een element behouden. Ze zijn opgebouwd uit subatomaire deeltjes die neutronen, elektronen en protonen worden genoemd. Ionen zijn geladen atomen of groepen atomen. Ionen kunnen positief of negatief geladen zijn. Positief geladen ionen worden kationen genoemd. Negatief geladen ionen worden anionen genoemd.
Elementen zijn fundamentele stoffen, gemaakt van atomen, die niet verder chemisch kunnen worden veranderd of afgebroken. Atomen bestaan uit een kernkern en orbitale elektronen. De kern bestaat uit protonen en neutronen. Protonen zijn kleine deeltjes met een licht positieve lading. Neutronen zijn ongeveer even groot als protonen. Ze hebben geen toeslag. Elektronen zijn erg klein, zelfs kleiner dan protonen en neutronen. Elektronen hebben een licht negatieve lading. Het aantal protonen in de kern van een atoom bepaalt uit welk element het atoom bestaat. Het aantal elektronen, met name valentie-elektronen, dat rond de kern draait, bepaalt hoe reactief het atoom is.
Elektronen draaien in een baan om de atoomkern omdat ze worden aangetrokken door de positief geladen protonen. Ze blijven niet aan de kern plakken omdat ze worden afgestoten door de negatieve ladingen van de andere elektronen. Elektronen hebben de neiging om in lagen te draaien die schillen worden genoemd. Elke schil is "gevuld" wanneer deze een octet van acht elektronen bevat. De buitenste schil bevat de valentie-elektronen. De valentie-elektronen bepalen hoe reactief een element is. Atomen van verschillende elementen hebben verschillende aantallen elektronen. Het aantal valentie-elektronen dat een atoom heeft, kan worden bepaald met behulp van het periodiek systeem. Er zijn acht kolommen in het periodiek systeem en elementen zijn georganiseerd in een van de acht kolommen. Het aantal valentie-elektronen in een element komt overeen met de kolom, variërend van één tot acht. De edelgassen in kolom acht hebben een volledig octet valentie-elektronen en zijn niet erg reactief.
De edelgassen zijn zeer stabiel omdat ze een volledige buitenschil hebben. De meeste elementen, met uitzondering van de zware metalen, de lanthaniden en de actiniden, volgen de octetregel. De octetregel stelt dat elementen de neiging hebben om reacties te ondergaan die resulteren in een volledige valentieschil. Atomen met een volle buitenschil zijn niet erg reactief omdat ze energetisch stabiel zijn. Atomen wisselen elektronen uit om de stabiliteit te vergroten.
Ionen worden gevormd wanneer atomen elektronen overdragen. Alle atomen "willen" een volledig octet van elektronen in hun buitenste schillen hebben. Atomen met zeven valentie-elektronen zullen één elektron willen winnen om er in totaal acht te krijgen. Een winnen is gemakkelijker dan zeven verliezen. Atomen met één valentie-elektron willen een elektron verliezen om naar een volledige schil te vallen. Eén verliezen is gemakkelijker dan zeven winnen. Elektronen hebben een negatieve lading, dus atomen die een elektron krijgen om hun octet te voltooien, krijgen ook een negatieve lading en worden anionen. Atomen die een elektron verliezen, verliezen een negatieve lading en worden kationen. Atomen die meerdere elektronen verliezen of winnen, verliezen of krijgen meerdere ladingen.