Een element is een stof die volledig uit één atoom bestaat. Het periodiek systeem der elementen is dus in feite een lijst van alle bekende soorten atomen. Het atoom zelf is echter niet het kleinste bekende deeltje, maar elk atoom bestaat uit drie afzonderlijke delen: elektronen, protonen en neutronen. Bovendien bestaan protonen en neutronen zelf uit nog kleinere delen die quarks worden genoemd.
elektronen
Elektronen zijn fundamentele deeltjes, wat betekent dat er geen deeltje bekend is waaruit een elektron bestaat. Elektronen geven een atoom van een element zijn lading; je kunt het aantal elektronen veranderen om er een positief of negatief geladen versie van hetzelfde atoom van te maken. Een neutraal geladen atoom heeft evenveel elektronen als protonen. Elektronen bestaan in orbitalen, die de kern van de atomen omringen, en het is in deze orbitalen dat elektronen zich kunnen binden met andere atomen om verbindingen te vormen.
protonen
Protonen zijn het bepalende kenmerk van het atoom van een element; het aantal protonen is wat het atoom zijn massa geeft (elektronen hebben een verwaarloosbare hoeveelheid massa in vergelijking met protonen). Elementen worden dus geclassificeerd op basis van het aantal protonen dat de atomen hebben en op zo'n manier georganiseerd in het periodiek systeem (bijvoorbeeld een waterstofatoom heeft één proton, een koolstofatoom heeft er zes, enz.). Protonen worden gevonden in de kern van het atoom.
Neutronen
Neutronen zijn ongeveer even zwaar als protonen en worden naast protonen in de kern van het atoom aangetroffen. Terwijl protonen een positieve lading hebben en elektronen een negatieve lading, hebben neutronen geen lading. Hoezeer het veranderen van het aantal elektronen het element zelf niet verandert, het veranderen van de hoeveelheid neutronen houdt relatief hetzelfde type element, maar creëert een isotoop. Isotopen kunnen onstabiel zijn en wanneer ze vervallen, geven ze energie af in de vorm van straling.
Quarks
Elektronen zijn fundamentele deeltjes; protonen en neutronen bestaan echter uit een andere reeks fundamentele deeltjes die quarks worden genoemd. De quarks, ontdekt in 1961, zijn de kleinste bekende deeltjes in de natuurkunde en er zijn zes soorten (omhoog, omlaag, charme, vreemd, onder en boven). Drie quarks combineren samen om baryonen te vormen, waaronder protonen en neutronen. Een quark kan ook in een paar worden gecombineerd met een antiquark om een meson te vormen, maar dit soort materie is extreem onstabiel en duurt slechts een fractie van een milliseconde.