Nguyên tử là đơn vị cơ bản của
vật chất chứa một
hạt nhân ở trung tâm bao quanh bởi
đám mây điện tích âm các
electron.
Hạt nhân nguyên tử là dạng gắn kết hỗn hợp giữa các
proton mang điện tích dương và các
neutron trung hòa điện (ngoại trừ trường hợp của nguyên tử
hiđrô, với hạt nhân ổn định chỉ chứa một proton duy nhất không có neutron). Electron của nguyên tử liên kết với hạt nhân bởi
tương tác điện từ và tuân theo các nguyên lý của
cơ học lượng tử. Tương tự như vậy, nhóm các nguyên tử liên kết với nhau bởi
liên kết hóa học dựa trên cùng một tương tác này, và tạo nên
phân tử. Một nguyên tử chứa số hạt electron bằng số hạt proton thì trung hòa về điện tích, trong khi số electron nếu nhiều hoặc ít hơn thì nó mang điện tích âm hoặc dương và gọi là
ion. Nguyên tử được
phân loại tuân theo số proton và neutron trong hạt nhân của nó:
số proton xác định lên
nguyên tố hóa học, và
số neutron xác định
đồng vị của nguyên tố đó.
[1]Tên gọi nguyên tử hóa học mà nay gọi đơn giản là "nguyên tử" là những đối tượng rất nhỏ với đường kính chỉ khoảng vài phần mười
nano mét và có khối lượng rất nhỏ tỷ lệ với thể tích của nguyên tử. Chúng ta có thể quan sát nguyên tử đơn lẻ bằng các thiết bị như
kính hiển vi quét chui hầm. Trên 99,94% khối lượng nguyên tử tập trung tại hạt nhân,
[ct 1] với tổng khối lượng proton xấp xỉ bằng tổng khối lượng neutron. Mỗi nguyên tố có ít nhất một đồng vị với hạt nhân không ổn định có thể trải qua quá trình
phân rã phóng xạ. Quá trình này dẫn đến biến đổi hạt nhân làm thay đổi số proton hoặc neutron trong hạt nhân nguyên tử.
[2] Electron liên kết trong nguyên tử có những mức
năng lượng ổn định rời rạc, hay
obitan, và chúng có thể chuyển dịch giữa 2 mức năng lượng bằng hấp thụ hay phát ra
photon có năng lượng đúng bằng hiệu giữa 2 mức năng lượng này. Các electron có vai trò xác định lên tính chất hóa học của một nguyên tố, và ảnh hưởng mạnh tới tính chất
từ tính của nguyên tử cũng như vật liệu. Những nguyên lý của
cơ học lượng tử đã mô tả thành công các tính chất quan sát thấy của nguyên tử và là nền tảng cho lý thuyết nguyên tử và
hạt hạ nguyên tử (
hạt quark,
proton,
neutron...).