Ο ατομικός αριθμός είναι ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα ενός ατόμου. Είναι η ταυτότητα ενός στοιχείου. Το υδρογόνο έχει ένα πρωτόνιο, επομένως ο ατομικός του αριθμός είναι 1. Το ήλιο έχει δύο, επομένως ο ατομικός του αριθμός είναι 2. Ο άνθρακας έχει έξι. Ο χρυσός έχει 79. Ο περιοδικός πίνακας είναι διατεταγμένος κατά σειρά αύξουσας ατομικής αρίθμησης. Ο αριθμός συνήθως γράφεται ως δείκτης πριν από το σύμβολο του στοιχείου.

Ο ατομικός αριθμός καθορίζει το στοιχείο. Αλλάζοντας τον αριθμό των πρωτονίων, αλλάζετε το στοιχείο. Προσθέτοντας ένα πρωτόνιο στο άζωτο, παίρνετε οξυγόνο. Αφαιρώντας ένα πρωτόνιο από τον χρυσό, παίρνετε πλατίνα. Ο αριθμός των νετρονίων μπορεί να μεταβάλλεται χωρίς να αλλάζει το στοιχείο, αλλά ο αριθμός των πρωτονίων δεν μπορεί. Γι' αυτό το λόγο, ο ατομικός αριθμός είναι η θεμελιώδης ιδιότητα ενός στοιχείου.

Σε ένα ουδέτερο άτομο, ο αριθμός των ηλεκτρονίων ισούται με τον αριθμό των πρωτονίων. Ο ατομικός αριθμός, επομένως, σας λέει επίσης πόσα ηλεκτρόνια έχει το άτομο. Αυτό έχει σημασία επειδή τα ηλεκτρόνια καθορίζουν τη χημική συμπεριφορά. Τα στοιχεία στην ίδια ομάδα του περιοδικού πίνακα έχουν τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων σθένους, γι' αυτό και έχουν παρόμοιες ιδιότητες. Ο ατομικός αριθμός συνδέει τον πυρήνα με το νέφος ηλεκτρονίων.

Η έννοια αυτή αναπτύχθηκε από τον Henry Moseley το 1913. Έδειξε ότι ο ατομικός αριθμός, και όχι το ατομικό βάρος, καθορίζει τη θέση ενός στοιχείου στον περιοδικό πίνακα. Το έργο του έλυσε τις ασυνέπειες στον αρχικό πίνακα του Mendeleev και οδήγησε στον σύγχρονο περιοδικό νόμο.