Nguyên tử bao gồm ba thành phần chính: proton, neutron và electron.

Proton là hạt mang điện tích dương và có khối lượng gần bằng neutron. Proton được tạo thành từ ba quark: hai quark up và một quark down.

Neutron không mang điện tích và có khối lượng gần bằng proton. Neutron cũng được tạo thành từ ba quark: hai quark down và một quark up.

Electron là hạt mang điện tích âm và có khối lượng nhỏ hơn rất nhiều so với proton và neutron. Electron không được tạo thành từ quark mà là một hạt riêng biệt.

Cấu tạo của nguyên tử được xác định bởi số lượng proton trong hạt nhân, được gọi là số nguyên tử (Z), và số lượng electron xung quanh hạt nhân, cũng là số nguyên tử (Z) trong trạng thái cân bằng điện tử. Số lượng neutron trong hạt nhân có thể thay đổi, tạo thành các isotop của một nguyên tố.

Cấu trúc electron của một nguyên tử được xác định bởi các lớp electron, được gọi là lớp K, L, M, N, O, P, Q. Mỗi lớp electron có một số lượng orbital, và mỗi orbital có thể chứa một cặp electron có spin trái hoặc phải.

Cấu trúc electron của một nguyên tử có thể được biểu diễn bằng mô hình hạt nhân, trong đó các electron được biểu diễn như các hạt chuyển động xung quanh hạt nhân.