Democritus đã đề xuất ý tưởng này ở Hy Lạp cổ đại: vật chất được tạo thành từ những hạt nhỏ bé, không thể phân chia. Ông gọi chúng là atomos, nghĩa là không thể cắt nhỏ. Ý tưởng này đã bị lãng quên trong hai thiên niên kỷ cho đến khi John Dalton hồi sinh nó vào năm 1803. Nguyên tử không phải là không thể phân chia. Chúng có một hạt nhân gồm các proton và neutron được bao quanh bởi một đám mây electron. Nhưng chúng là đơn vị nhỏ nhất của một nguyên tố mà vẫn giữ được các tính chất hóa học của nó.

Nguyên tử chủ yếu là không gian trống. Hạt nhân rất nhỏ, chỉ bằng khoảng 1/100.000 đường kính của nguyên tử, nhưng nó chứa gần như toàn bộ khối lượng. Proton mang điện tích dương. Neutron trung tính. Electron mang điện tích âm và chiếm các quỹ đạo xung quanh hạt nhân. Số lượng proton xác định nguyên tố. Số lượng neutron xác định đồng vị. Số lượng electron xác định điện tích.

Các nguyên tử kết hợp với nhau để tạo thành hợp chất và phân tử. Chúng liên kết với nhau bằng cách chia sẻ electron (liên kết cộng hóa trị) hoặc bằng cách chuyển electron (liên kết ion). Sự sắp xếp của các electron, đặc biệt là các electron ở lớp ngoài cùng, quyết định tính chất của nguyên tử. Bảng tuần hoàn sắp xếp các nguyên tố theo số hiệu nguyên tử và cấu hình electron, từ đó hé lộ các quy luật trong hành vi hóa học.

Nguyên tử không phải là những quả cầu rắn. Chúng là những hệ thống cơ học lượng tử được mô tả bằng các hàm sóng. Electron không quay quanh quỹ đạo như các hành tinh. Chúng tồn tại trong các đám mây xác suất. Nguyên tử là một mô hình, và mô hình này đã phát triển. Nó sẽ tiếp tục phát triển khi chúng ta hiểu biết thêm.