元素は物質の基本構成要素であり、1種類のみの元素からできている物質を単体（simple substance）といい、2種類以上の元素からできている物質を化合物（compound）という。各元素には基本最小粒子の原子がそれぞれ存在する。例えば、水素元素の原子は水素原子、酸素元素の原子は酸素原子という。原子は正の電荷をもつ原子核（nucleus）と負の電荷をもつ電子（electron）からできていて、原子核は正電荷を担う陽子（proton）と電荷をもたない中性子（neutron）からできている。元素の化学的性質は電子の状態によるが、それを決定しているのは陽子であり、各元素の性質は陽子数で決まる。この陽子の数を原子番号（atomic number）という。原子番号1の水素原子は陽子数が1である。電子の質量は陽子や中性子の約1840分の1で、原子全体の質量は陽子と中性子の数で決まる。陽子と中性子の数の和を質量数（mass number）といい、同じ元素の原子で中性子の数が異なるものを同位体（isotope）という。例えば、水素には三つの同位体があり、元素記号Hの左上に質量数を記してそれぞれ、、と区別する。左下には陽子数が示される。原子の相対質量（の質量を12とする）を原子量（atomic weight）という。ほぼ質量数に近い値だが、同位体が存在するので、その存在比の平均値である。一方で、原子量にg（グラム）をつけた質量は1mol（1molの物質に含まれる分子や原子の量はアボガドロ定数〈Avogadro's constant〉個≒6.02×10²³個）の原子の質量である。

図「物質の構造」