Os átomos são as menores partículas que ainda retêm as propriedades químicas de um elemento. Eles são formados por partículas subatômicas chamadas nêutrons, elétrons e prótons. Os íons são átomos carregados ou grupos de átomos. Os íons podem ser carregados positiva ou negativamente. Os íons carregados positivamente são chamados de cátions. Os íons carregados negativamente são chamados de ânions.
Elementos são substâncias fundamentais, feitas de átomos, que não podem ser quimicamente modificados ou decompostos. Os átomos consistem em um núcleo central e elétrons orbitais. O núcleo é formado por prótons e nêutrons. Prótons são pequenas partículas com carga levemente positiva. Os nêutrons têm quase o mesmo tamanho que os prótons. Eles não têm carga. Os elétrons são muito pequenos, ainda menores que os prótons e nêutrons. Os elétrons têm uma carga ligeiramente negativa. O número de prótons no núcleo de um átomo determina qual elemento o átomo compõe. O número de elétrons, particularmente elétrons de valência, orbitando o núcleo determina o quão reativo o átomo é.
Os elétrons orbitam o núcleo de um átomo porque são atraídos pelos prótons carregados positivamente. Eles não aderem ao núcleo porque são repelidos pelas cargas negativas dos outros elétrons. Os elétrons tendem a orbitar em camadas chamadas conchas. Cada camada é "preenchida" quando contém um octeto de oito elétrons. A camada mais externa contém os elétrons de valência. Os elétrons de valência determinam o quão reativo um elemento é. Átomos de diferentes elementos têm diferentes números de elétrons. O número de elétrons de valência que um átomo possui pode ser determinado usando a tabela periódica. Existem oito colunas na tabela periódica e os elementos são organizados em uma das oito colunas. O número de elétrons de valência em um elemento corresponde à sua coluna, variando de um a oito. Os gases nobres na coluna oito têm um octeto completo de elétrons de valência e não são muito reativos.
Os gases nobres são muito estáveis porque têm uma camada externa completa. A maioria dos elementos, com exceção dos metais pesados, os lantanídeos e os actinídeos, segue a regra do octeto. A regra do octeto afirma que os elementos tendem a sofrer reações que resultam em uma camada de valência completa. Os átomos com camadas externas completas não são muito reativos porque são energeticamente estáveis. Os átomos trocam elétrons para aumentar a estabilidade.
Os íons são formados quando os átomos transferem elétrons. Todos os átomos "querem" ter um octeto completo de elétrons em suas camadas mais externas. Átomos com sete elétrons de valência vão querer ganhar um elétron para ter um total de oito. Ganhar um é mais fácil do que perder sete. Átomos com um elétron de valência querem perder um elétron para cair para uma camada completa. Perder um é mais fácil do que ganhar sete. Os elétrons têm carga negativa, então os átomos que ganham um elétron para completar seu octeto também ganham uma carga negativa e se transformam em ânions. Os átomos que perdem um elétron estão perdendo uma carga negativa e se tornando cátions. Os átomos que perdem ou ganham vários elétrons estão perdendo ou ganhando várias cargas.