Les atomes sont composés d'un noyau contenant des protons et des neutrons, autour duquel gravitent des électrons. Les électrons occupent différentes couches électroniques ou niveaux d'énergie. Les couches sont nommées K, L, M, N, etc., et chaque couche peut contenir un nombre maximal d'électrons déterminé par l'expression 2n², où n est le numéro de la couche. La répartition des électrons dans ces couches est appelée configuration électronique.

La couche de valence est la couche électronique la plus externe d'un atome. Les électrons situés dans cette couche ont la plus haute énergie et sont les plus éloignés du noyau, ce qui les rend particulièrement importants pour les réactions chimiques. Ces électrons sont impliqués dans la formation de liaisons chimiques lorsque des atomes interagissent entre eux. La couche de valence détermine également les propriétés chimiques et la réactivité de l'élément. Par exemple, les gaz nobles ont une couche de valence complète, ce qui les rend généralement inertes.

Les électrons de valence sont cruciaux car ils participent directement à la formation de liaisons chimiques. Lorsqu'un atome entre en interaction avec un autre atome, il peut gagner, perdre ou partager des électrons de valence pour atteindre une configuration stable, souvent similaire à celle des gaz rares. Par exemple, le chlore a sept électrons de valence et a tendance à en gagner un pour compléter sa couche de valence, formant ainsi un ion chlorure Cl⁻. De même, le sodium, avec un seul électron de valence, a tendance à le perdre pour obtenir une couche de valence complète, devenant un ion sodium Na⁺.

Les éléments du tableau périodique sont classés en groupes selon leurs configurations électroniques de valence similaires. Les éléments d’un même groupe ont le même nombre d’électrons de valence, ce qui explique leur comportement chimique similaire. Par exemple, les éléments du groupe 1, les alcalins, ont tous un seul électron de valence, ce qui les rend très réactifs. Les éléments du groupe 17, les halogènes, ont sept électrons de valence et sont également très réactifs, cherchant à gagner un électron pour remplir leur couche de valence.

La majorité des réactions chimiques impliquent l'interaction des électrons de valence. Il existe plusieurs types de liaisons chimiques : covalentes, ioniques et métalliques. Les liaisons covalentes se forment lorsque les atomes partagent des électrons de valence, comme dans une molécule de H₂O. Les liaisons ioniques naissent lorsque des électrons de valence sont transférés entre atomes, comme dans le sel de table NaCl. Les liaisons métalliques impliquent un 'nuage' d'électrons de valence autour des noyaux, comme dans le cuivre ou l’or.