世间万物都是由原子组成的。原子结合起来构成分子。比如，水分子就是由两个氢原子和一个氧原子束缚在一起形成的一个独立的单元。因为我们在小学就了解了原子和分子的概念，我们可以理解并轻松地接受它们。在自然界中，你所能找到的任何原子都是92种原子中的一种，它们也被称为元素。因而，地球上的任何物质——金属、塑料、头发、衣物、树叶、玻璃——都是由自然界中发现的92种原子组合而成的。你在化学课上看到的元素周期表是自然界中发现的以及人工制造的元素的一张列表。
每个原子的内部都有三种亚原子粒子：质子、中子和电子。质子和中子结合起来形成原子的原子核，而电子包围原子核并沿轨道绕原子核转动。质子和电子因为带有相反的电荷而互相吸引（电子带负电而质子带正电，异性电荷互相吸引），而在大多数情况下，一个原子的电子数和质子数是一样的，这样使得原子呈电中性。中子是电中性的。它们在原子核中的作用是将质子束缚起来。因为所有质子都带同样的电荷，所以它们互相排斥。中子则扮演了“胶水”的角色，将质子紧紧地约束在原子核中。
原子核中的质子数决定了原子的表现。例如，如果将13个质子和14个中子结合起来组成原子核，然后让13个电子绕原子核旋转，这样就得到了铝原子。如果将几百万个铝原子组合起来，就能得到铝——你可以将铝成型为铝罐、铝箔和铝板。在自然界发现的所有铝都被称作铝-27。这里的“27”是原子质量数即原子核中的中子数与质子数之和。如果你将一个铝原子放到瓶子中，等上几百万年，它将仍然是一个铝原子。铝-27 因而被称为稳定的原子。在大约100多年前，人们以为所有的原子都像铝原子一样是稳定的。
很多原子以不同的形式出现。例如，铜有两种稳定形式：铜-63（约占自然界中所有铜的70%）和铜-65（约占所有铜的30%）。这两种不同的存在形式叫做同位素。两种铜同位素的原子都有29个质子，但是铜-63原子有34个中子而铜-65原子有36个中子。两种同位素的性质和外观相同，并且都是稳定的。
某些元素有放射性的同位素，这一点直到约100年前才被人们理解。某些元素的所有同位素都是放射性的。氢就是一种拥有多个同位素的元素，而且其同位素之一是放射性的。普通的氢，或者氢-1，有一个质子而没有中子（因为原子核中只有一个质子，所以不需要中子提供的约束作用）。另一种同位素，氢-2（也被称为氘），有一个质子和一个中子。氘在自然界中含量稀少（占所有氢的0.015%），尽管它的性质和氢-1一样（例如，你可以用它来合成水），但它在高浓度下是有毒的。这一点就将它和氢-1划清了界限。氢的这种氘同位素是稳定的。第三种同位素氢-3（也被称作氚）有一个质子和两个中子。这种同位素是不稳定的。也就是说，你有满满一容器的氚，放上一百万年，你会发现它们都变成了稳定的氦-3（有两个质子和一个中子）。氚转变成氦的过程叫做放射性衰变。
某些元素的所有同位素天然就是放射性的。铀就是这样一种元素，并且是最重的天然放射性元素。还有8种天然放射性元素：钋、砹、氡、钫、镭、锕、钍和镤。所有其他比铀重的人造元素也都是放射性的。
