Het atoomnummer is het aantal protonen in de atoomkern. Het is als het ware de identiteitskaart van een element. Waterstof heeft één proton, dus het atoomnummer is 1. Helium heeft er twee, dus het atoomnummer is 2. Koolstof heeft er zes. Goud heeft er 79. Het periodiek systeem is gerangschikt op volgorde van toenemend atoomnummer. Het nummer wordt meestal als subscript voor het symbool van het element geschreven.

Het atoomnummer bepaalt het element. Verander het aantal protonen en je verandert het element. Voeg een proton toe aan stikstof en je krijgt zuurstof. Verwijder een proton van goud en je krijgt platina. Het aantal neutronen kan variëren zonder dat het element verandert, maar het aantal protonen niet. Daarom is het atoomnummer de fundamentele eigenschap van een element.

In een neutraal atoom is het aantal elektronen gelijk aan het aantal protonen. Het atoomnummer geeft daarom ook aan hoeveel elektronen het atoom heeft. Dat is belangrijk omdat elektronen het chemische gedrag bepalen. Elementen in dezelfde groep van het periodiek systeem hebben hetzelfde aantal valentie-elektronen, waardoor ze vergelijkbare eigenschappen hebben. Het atoomnummer verbindt de kern met de elektronenwolk.

Het concept werd in 1913 ontwikkeld door Henry Moseley. Hij toonde aan dat het atoomnummer, en niet het atoomgewicht, de positie van een element in het periodiek systeem bepaalt. Zijn werk loste inconsistenties in Mendeleevs oorspronkelijke tabel op en leidde tot de moderne periodieke wet.