Tra gli atomi, contrariamente alla percezione comune di materia solida, non c'è nulla se non il vuoto e le forze di interazione elettromagnetica. Gli atomi sono quasi interamente spazio vuoto, tenuti insieme da legami chimici (come covalenti o ionici) causati dalla condivisione o attrazione di elettroni, rendendo la materia una rete di nuclei distanti circondati da nuvole elettroniche.
Gli atomi interagiscono tra loro ma non sempre si formano gli ioni! Un atomo può condividere elettroni con uno o più atomi per completare il suo guscio di valenza. Un legame chimico formato dalla condivisione di elettroni è chiamato legame covalente.
L'atomo è composto da un nucleo, contenente neutroni e protoni, e da elettroni che circondano il nucleo. Sia i neutroni che i protoni hanno massa pari a circa 1 u; gli elettroni hanno una massa trascurabile. Pertanto, quasi tutta la massa di un atomo risiede nel nucleo.
Legame ionico: un atomo cede elettroni e un altro li acquista con formazione di ioni di carica opposta che vengono tenuti insieme da forze elettrostatiche. Legame covalente: si realizza mediante la sovrapposizione degli orbitali dei due atomi e messa in comune degli elettroni che occupano questi orbitali.
La differenza fondamentale è che l'atomo è il mattone elementare e indivisibile della materia (es. un atomo di ossigeno), mentre la molecola è un insieme stabile di due o più atomi legati chimicamente, che può essere dello stesso tipo (es. O2cap O sub 2𝑂2, molecola di ossigeno) o di tipi diversi (es. H2Ocap H sub 2 cap O𝐻2𝑂, molecola d'acqua). In sintesi: atomi sono i mattoni, molecole sono le costruzioni che formano con quei mattoni.