Atom, według pierwotnej koncepcji Daltona, miał stanowić cząstkę niepodzielną. Dopiero w latach 90. XIX wieku stwierdzono, iż atom, to twór o skomplikowanej strukturze.
Wiek XX, jako wiek przełomowy w nauce, rzucił nowe światło na nasze rozumienie budowy materii. Ewoluowało ono od struktury atomowej po kwarkową:

Elementarne składniki materii to te, które – na podstawie aktualnego stanu wiedzy – nie posiadają struktury wewnętrznej. Dokładne badania nad budową jądra atomu stanowi domenę fizyki. Dogłębną analizę tego tematu można znaleźć w podręczniku Elementy współczesnej fizyki.

Do wyjaśnienia podstawowych właściwości chemicznych pierwiastków wystarczy charakterystyka protonów, neutronów oraz elektronów, tj. cząstek, jakie wchodzą w skład atomu.

W obojętnych atomach pierwiastków liczba protonów i elektronów jest sobie równa. Co istotne, liczba ta jest charakterystyczna dla danego pierwiastka. Współczesna definicja pierwiastka określa go, jako rodzaj materii, tj. zbiór atomów o takiej samej ilości protonów. Atomy różnych pierwiastków różnią się od siebie pod wieloma względami, przede wszystkim masą i rozmiarami a także "ułożeniem" elektronów w przestrzeni otaczającej jądro (tzw. konfiguracja elektronowa ).

Otaczająca nas materia dąży do minimum energii, stąd atomy dążąc do takiego stanu tworzą cząsteczki - w chemii najmniejsze części prostych substancji chemicznych lub związków chemicznych. Cząsteczki mogą niezależnie istnieć i utrzymać właściwości chemiczne danej substancji lub związku. W rzeczywistości cząsteczka zawiera co najmniej dwa atomy. Nie ma znaczenia, czy atomy są takie same jak w przypadku czasteczek gazów ( \( \ce{H_2} \), \( \ce{O_2} \), \( \ce{Cl_2} \)) czy różnią się od siebie ( \( \ce{H_2O} \)).