Najmniejsza jednostka pierwiastka nazywana jest atomem. Atom jest fundamentalnym budulcem materii i składa się z jądra otoczonego elektronami. Jądro, znajdujące się w centrum atomu, zawiera dodatnio naładowane protony i obojętne neutrony, podczas gdy ujemnie naładowane elektrony krążą wokół jądra na różnych poziomach energii lub powłokach.
Atomy są niesamowicie małe; ich wielkość mierzy się w pikometrach (jedna bilionowa metra), co sprawia, że są niedostrzegalne gołym okiem. Każdy pierwiastek w układzie okresowym składa się z atomów unikalnych dla tego pierwiastka, różniących się przede wszystkim liczbą protonów w jądrze, cechą nazywaną liczbą atomową. Na przykład atom wodoru ma jeden proton, podczas gdy atom węgla ma sześć protonów.
Atomy mogą się łączyć, aby tworzyć cząsteczki poprzez wiązania chemiczne. Cząsteczka powstaje, gdy dwa lub więcej atomów, związanych ze sobą, dzielą się elektronami za pomocą wiązań kowalencyjnych lub jonowych. Struktura i zachowanie cząsteczek zależy od rozmieszczenia ich atomów składowych, co odgrywa dużą rolę w właściwościach materiałów.
Ideę atomów przedstawiali już starożytni greccy filozofowie, którzy teoretyzowali na temat niepodzielnych cząstek tworzących całą materię. Jednak nowoczesne pojmowanie atomów rozwinęło się głównie dzięki pracom naukowców XIX i XX wieku, takich jak John Dalton, J.J. Thomson, Ernest Rutherford i Niels Bohr. Dalton po raz pierwszy zaproponował teorię atomową na początku XIX wieku, podczas gdy odkrycie elektronu przez Thomsona oraz eksperyment Gold Foil Rutherforda znacznie poszerzyły nasze zrozumienie struktury atomowej.
Atomy są również odpowiedzialne za różne zjawiska w chemii i fizyce, takie jak radioaktywność, konfiguracje elektronowe i tworzenie związków chemicznych. Badania nad atomami i ich interakcjami doprowadziły do istotnych osiągnięć w technologii i medycynie, od rozwoju energii jądrowej po postępy w nauce materiałowej i formułowaniu leków.