原子核所帶電量和核外電子的電量相等，電性相反。原子不帶電性。不同類的原子，它們的原子核所帶的電荷數彼此不同。
在原子中，原子核隻占極小的一部分體積。原子核的半徑大約為原子半徑的萬分之一，原子核的體積隻占原子體積的幾千億分之一。這仿佛是一座十層大廈同一個櫻桃之比。因此，相對來說，原子裏有一個很大的空間。電子在這個空間裏作高速的運動。
原子核雖小，但也有複雜的結構。湯姆生、盧瑟福和玻爾等為人們勾畫出一幅新的原子圖像：原子核是原子的中心，電子繞原子核飛快地旋轉，形成一圈圈電子雲。電子的軌道運動狀態改變時，原子就要發射或吸收光子。
原子核又是什麼組成的呢？恰德威克、湯川、鮑威爾等研究回答：是中子、質子、介子、超子等。科學家認為，組成世界的基石是5種基本粒子：電子、質子、中子、光子和介子。到目前為止，基本粒子已增加到300多種。
質子和中子的質量幾乎相等，而電子質量卻小得多，隻相當於質子質量的1／1836。所以，原子核的質量幾乎就等於整個原子的質量。
質子和中子的質量雖然相同，可是帶電情況不同。質子帶正電荷，中子不帶電荷，電子帶負電荷。
1913年，英國科學家莫斯萊係統地研究了各種元素的X射線。他借助於一種叫做亞鐵氰化鉀的晶體，攝取了多種元素的X射線譜。他發現，隨著元素在周期表中的排列順序依次增大，相應的特征X射線的波長有規則地依次減小。他認為，元素在周期表中不是按照原子量的大小而是按照原子序數排列的，原子序數等於原子的核電荷數。
莫斯萊的這個發現，第一次把元素在周期表裏的座位同原子結構科學地聯係在一起了。
後來，在發現了質子和中子以後，人們終於認識到，決定一個元素在周期表中的位置的，隻是它的原子核中的質子數。例如，氫元素的原子核裏隻有一個質子，也就是核外有一個電子，它就排在周期表裏的第1位，氦原子核中含有兩個質子，也就是核外有2個電子，排在周期表裏的第2位……反過來也一樣，周期表裏第幾位上的元素，原子核裏一定有幾個質子。例如，氯是周期表裏的第17號元素。它的原子核裏也就有17個質子，核外電子自然就是17個。
這個新發現，就揭開了周期表留下的幾個不解之謎。
前麵說到，在周期表的第1周期裏，氫和氦之間隔著好大一塊空缺，會不會再有新元素？根據新發現，人們可以知道，氫、氦的質子數為1和2，中間肯定不會再有新元素了。
前麵也說到，人對元素的順序倒置的謎，現在也得到了解決。原來，鉀原子核裏的質子數正好比氬多1，碘比碲多1，鎳又比鈷多1。所以氬和鉀、鈷和碘、鑽和鎳的順序完全正確，不存在什麼顛倒的問題。
可是，謎還未能徹底解開。因為絕大多數的元素都隨著原子序數的增大，隨著質子數的增多，原子量也相應增大。獨獨有幾對元素的原子量沒有按照這個順序增大，反而是原子量大的排在前麵，而原子量小的排在後麵，這是為什麼？
電子的排布
在深人研究原子核後，人們發現，同一種元素的原子裏，質子的數目雖然一樣多，但中子的數目卻不盡相同。化學上把原子核內質子數相同而中子數不同的原子叫做同位素。
氫原子的同位素有三種：第一種是氫，它的原子核裏沒有中子，隻有1個質子，叫做氕。第二種是重氫，它的原子核裏有1個質子和1個中子，叫做氘。第三種是超重氫，它的原子核裏有1個質子和2個中子，叫做氚。
氕、氘、氚，各自的原子質量雖然不同，可是它們的化學性質幾乎完全相同。人們測得的氫的原子量，就是這3種原子質量的平均值。
絕大多數的元素都有兩種或以上的同位素，因此絕大多數的原子量都是它的各種同位素的原子質量的平均值。
自然界的各種元素，通常是質子數大的，原子量也大；質子數小的，原子量也小。因此，在周期表中，大多數元素都是隨著質子數增大，原子量也增大。可是，有的元素，雖然質子數較小，但是在自然界，它的幾個同位素中較重的同位素占的比例大，因此幾種同位素的原子質量的平均值（這種元素的原子量）就要大一些。而有的元素的質子數雖然較大，可是由於較重的同位素占的比例小，結果這種元素的原子量反倒要小一些。
例如，氬的質子數（18）要比鉀的質數（19）小，但是在自然界中它的重同位素氬40的原子質量為39．96，占99．6％；氬38的原子質量為37．96，占0．06％；氬36原子量為35．97，占0．34％。氬的3種同位素的原子質量平均值為39．95。
鉀的質子數雖然較大，可是它的重同位素占的比例小。鉀41的原子質量為40．96，占6．88％；鉀40的原子質量為39．96，占0．01％；鉀39的原子質量為38．96，占93．08％。鉀的3種同位素的原子質量平均值為39．10。
由於原子核的質子、中子結構和同位素的發現，周期表中的氬和鉀、碲和碘、鈷和鎳、釷和鏷等，排列前後之謎終於徹底揭開了。
人們對核外電子進行了研究，知道電子在原子核外作高速運動。高速運動著的電子，在核外是分布在不同的層次裏。這些層次叫做能層或電子層。在含有多個電子的原子裏，電子的能量並不相同。能量低的，通常在離核近的區城運動。能量高的，通常在離核遠的區域運動。
現在已經發現的電子層共有7層。第1層（K），離核最近，能量最低；其他由裏往外，依次為第2（L）層、第3（M）層、第4（N）層、第5（0）層、第6（P）層、第7（Q）層。核外電子的分層運動，又叫核外電子的分層排布。
人們發現，電子總是盡先排布在能量最低的能層裏，然後再由裏往外，依次排布在能量逐步升高的電子層裏。核外電子的分層排布有一定的規律：首先，各電子層最多容納的電子數目是2n2（n是電子層數）。例如第1層為2個電子，第2層為8個電子，第3層為18個電子，第4層為32個電子。其次，最外層電子數目不超過8個。第三，次外層電子數目不超過18個，倒數第3層電子數目不超過32個。
人們還發現，核外電子的分層排布居然和周期表有著內在的聯係。
先從橫排——周期來看：在第1周期中，氫原子的核外隻有1個電子，氦原子的核外有2個電子，都處於第1能層上。由於第1能層最多隻能容納2個電子，所以，到了氦第1能層就已經填滿。第1周期也隻有這兩個元素。
在第2周期中，從鋰到氖共有8個元素。它們的核外電子數從3增加到10。電子排布的情況是：第1能層都排滿了2個電子，第2能層中，從鋰到氖都依次排滿了1~8個電子。第2周期也剛好結束。
再從豎行——族來看：第1主族的7個元素——氫。鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁，它們相同的是，最外能層隻有一個電子，不同的是，它們的核外電子數和電子分布的層數。氫的核外隻有一個電子，隻能排布在第1能層上；鋰有2個能層，在第2能層上排布1個電子；鈉有3個能層，在第3能層上排布1個電子……鈁有7個能層，在第7能層上排布1個電子。
由此可見，第1主族7個元素原子的電子最外層都隻有一個電子。而在化學反應中，一般隻是最外層電子在起變化，由於它們最外層電子數相同，也就反映出它們相似的化學性質。
其他主族各元素的最外能層也類似。第2主族各元素的最外能層都有2個電子，第3主族各元素的最外能層有3個電子……
還可從惰性氣體元素、金屬元素和非金屬元素來看：惰性氣體元素原子的最外層都有8個電子（氦是2個）。這種最外層有8個電子的結構，是一種穩定的結構。因此，惰性氣體元素的化學性質比較穩定，一般不跟其他物質發生化學反應。金屬元素像鈉、鉀、鎂、鋁等，原子的最外層電子的數目一般少於4個，在化學反應中，外層電子比較容易失去而使次外層變成最外層，通常達到8個電子的穩定結構。非金屬元素氟、氯、硫、磷等，原子的最外層電子的數目一般多於4個，在化學反應中，外層電子比較容易獲得電子，也使最外層通常達到8個電子的穩定結構。