Atomi jaetaan ytimeen, joka koostuu protoneista ja neutroneista, ja ydintä verhoavaan elektroniverhoon, joka puolestaan koostuu elektroneista.

Atomin ydin sijaitsee keskellä atomia ja on varaukseltaan positiivinen. Ydin muodostuu nukleoneista: positiivisesti varautuneistaprotoneista (p⁺) ja varauksettomista neutroneista (n⁰). Riippuen alkuaineesta ytimessä on erilainen määrä nukleoneja, ytimessä sijaitsevien hiukkasten lukumäärää sanotaan massaluvuksi.
Protonin ja neutronin on todettu koostuvan vielä pienemmistä osasista, kvarkeista. Protoni koostuu kahdesta ylös-kvarkista ja yhdestä alas-kvarkista. Neutroni vastaavasti kahdesta alas-kvarkista ja yhdestä ylös-kvarkista.
Ytimen ympärillä on negatiivisesti varautuneista elektroneista (e^-) koostuva elektroniverho/elektronipilvi. Perustilassaan atomit ovat sähköisesti neutraaleja, jolloin protoneja ja elektroneja on yhtä paljon.
Atomin ydin määrää siis alkuaineen, mutta elektroniverho sen, millaisia ioneja ja yhdisteitä voi syntyä.
Ioneja muodostuu, kun atomi tai kemiallinen yhdiste luovuttaa tai ottaa vastaan yhden tai useamman elektronin.
Kemiallisissa reaktioissa osa atomien elektroneista voi siirtyä myös kahden atomin yhteisille orbitaaleille. Tällä tavoin atomien välille syntyy kovalenttinen sidos, joka yhdistää atomit molekyyliksi. Kemialliset yhdisteet koostuvat yleensä joko tällä tavoin muodostuneista molekyyleistä tai positiivisista ja negatiivisista ioneista. Useat alkuaineetkin esiintyvät kahden tai useamman samanlaisen atomin muodostamina molekyyleinä.