L'atome est composé de trois types principaux de particules subatomiques : les protons, les neutrons et les électrons. Les protons et les neutrons se trouvent dans le noyau, une région dense au centre de l'atome. Les protons portent une charge positive, tandis que les neutrons sont neutres. Les électrons, qui sont beaucoup plus légers que les protons et les neutrons, gravitent autour du noyau dans des orbites ou couches électroniques, créant un nuage électronique. Chaque type d'atome, correspondant à un élément chimique, possède un numéro atomique unique qui correspond au nombre de protons dans le noyau. Le nombre de neutrons peut varier, conduisant à différentes isotopes d'un même élément. Les électrons occupent des niveaux d'énergie quantifiés autour du noyau, et leur distribution détermine les propriétés chimiques et physiques de l'élément.

Les éléments chimiques sont classifiés dans le tableau périodique des éléments, où ils sont ordonnés par numéro atomique croissant. Chaque case du tableau périodique représente un élément et inclut des informations clés telles que le symbole chimique, le numéro atomique, et parfois, la masse atomique. Les éléments sont disposés en lignes appelées périodes et en colonnes appelées groupes ou familles ayant des propriétés chimiques similaires. Par exemple, les éléments d'un même groupe ont généralement le même nombre d'électrons sur leur couche externe, ce qui influence leur réactivité chimique. Les métaux, les non-métaux et les métalloïdes représentent trois grandes catégories d'éléments basées sur leurs propriétés physiques et chimiques. Les métaux sont conducteurs, malléables et ductiles, alors que les non-métaux tendent à être isolants et fragiles. Les métalloïdes possèdent des propriétés intermédiaires.

Un isotope est une variante d'un élément chimique dont les atomes possèdent le même nombre de protons, mais un nombre différent de neutrons. Cela signifie que, bien que les isotopes aient le même numéro atomique, ils ont des masses atomiques différentes. Par exemple, le carbone possède deux isotopes stables, le carbone-12 et le carbone-13, avec respectivement six et sept neutrons. Les isotopes peuvent avoir des comportements chimiques identiques ou très similaires mais différer par leurs propriétés physiques, notamment leur radioactivité. Les isotopes radioactifs, ou radio-isotopes, se désintègrent au fil du temps, émettant de la radiation, et ont des applications variées, allant du traitement médical (comme la radiothérapie) à la datation de matériaux géologiques dans l'archéologie.

Les liaisons chimiques sont des forces d'attraction qui maintiennent deux atomes ou plus ensemble dans une molécule. Les principaux types de liaisons chimiques incluent les liaisons covalentes, ioniques et métalliques. Une liaison covalente se forme lorsque deux atomes partagent des électrons pour atteindre une configuration électronique stable. Cette liaison est couramment observée dans les molécules organiques et non-métalliques. Une liaison ionique se produit lorsqu'un atome transfère un électron à un autre, formant ainsi des ions de charges opposées qui s'attirent mutuellement, comme dans le chlorure de sodium (NaCl). Les liaisons métalliques, quant à elles, sont caractéristiques des métaux, où les électrons sont partagés librement entre les atomes de métal dans un nuage électronique. L'énergie de liaison, la longueur de liaison et l'angle de liaison définissent les caractéristiques spécifiques de ces interactions. La formation de molécules entraîne une stabilisation de l'énergie globale du système en réalisant des arrangements électroniques optimaux pour les atomes impliqués.

La compréhension des entités chimiques et de la structure atomique trouve son application dans de nombreux domaines de la science et de la technologie moderne. Par exemple, dans la chimie industrielle, elle est essentielle pour la conception de nouvelles substances chimiques et matériaux avec des propriétés dédiées. Dans le domaine médical, les connaissances atomiques aident à élaborer des méthodes de diagnostic, comme les techniques d'imagerie, et des traitements thérapeutiques, incluant l'utilisation de radio-isotopes. En environnement, l'étude des atomes et molécules contribue à la compréhension des processus naturels et des impacts des activités humaines sur l'écosystème. Ainsi, l'apprentissage de ces concepts est fondamental tant pour le progrès de la recherche scientifique que pour les innovations futures.