Un tempo gli scienziati pensavano che non vi potesse essere nulla di piú piccolo degli atomi. Circa 70 anni fa, invece, essi scopersero che l'atomo stesso si componeva di parti ancora piú piccole; si accorsero inoltre che, chiuso nell'atomo, esiste un affascinante mondo di elettricità.
Ogni atomo contiene piccole particelle cariche di due diversi tipi di elettricità: elettricità positiva ed elettricità negativa. Dato che cariche elettriche uguali si respingono e cariche opposte si attraggono, ne deriva che l'elettricità positiva attrae quella negativa, ma respinge la positiva e viceversa. Solitamente gli atomi possiedono una uguale quantità di elettricità positiva e negativa, per cui sono elettricamente neutri.


Fra le particelle che formano l'atomo, la prima ad essere scoperta fu l'elettrone. Questa particella possiede una carica unitaria di elettricità negativa ed è tanto piccola che ne occorrono ben 1836 per uguagliare il peso di un atomo di idrogeno, che è il piú leggero elemento noto. La maggior parte del peso di un atomo è concentrata in una massa centrale detta nucleo, formato da due tipi di particelle: i protoni, presenti in ogni nucleo, e i neutroni. Il protone possiede una carica unitaria di elettricità positiva; il neutrone non ha carica elettrica e contribuisce solamente ad aumentare il peso dell'atomo. Ciascun protone o neutrone pesa circa quanto un atomo di idrogeno.
Possiamo immaginarci un atomo come formato da un nucleo positivo, che ne determina la massa, circondato da elettroni negativi in numero sufficiente a neutralizzare la carica positiva. Poiché il diametro di un atomo è circa 20.000 volte maggiore di quello del nucleo, l'interno di un atomo è formato principalmente da spazio vuoto.

Gli elettroni ruotano continuamente intorno al nucleo e contemporaneamente intorno a se stessi. Gli atomi di ciascun diverso elemento hanno un particolare numero di elettroni disposti in modo caratteristico. Generalmente gli elettroni si muovono in orbite concentriche ma nessun elettrone si muove intorno al nucleo allo stesso modo di un altro: alcuni ruotano intorno a se stessi in un senso, altri nell'altro; alcuni sono fortemente attratti dal nucleo e la loro orbita è vicinissima ad esso, altri sono attratti piú debolmente e la loro orbita è situata piú lontano. Le orbite descritte da ciascun elettrone hanno quindi caratteristiche ben determinate; però vi possono essere orbite con caratteristiche simili: tali gruppi di orbite costituiscono i vari strati elettronici dell'atomo. Tutte le trasformazioni chimiche interessano la disposizione e il movimento degli elettroni che ruotano nelle orbite dello strato elettronico esterno, ed è proprio il numero di questi elettroni che decide la natura chimica dell'atomo.