Salah satu kekuatan pendorong paling mendasar dari reaksi kimia adalah ikatan elektron yang terbentuk antara atom. Elektron adalah partikel bermuatan negatif yang mengorbit inti atom dalam kulit. Setiap kulit elektron dari sebuah atom memiliki sejumlah elektron yang dipertahankan jika memungkinkan bahkan jika itu tidak seimbang dengan muatan bersih atom; elektron dan proton memiliki jumlah muatan listrik yang sama secara individual. Jumlah muatan yang dimiliki atom tertentu dinyatakan sebagai superskrip di sebelah kanan nama elemen; misalnya Na1+. Nomor dan tanda superskrip dikenal sebagai nomor muatan.
Kulit elektron terluar dari sebuah atom disebut kulit valensi, dan merupakan dasar dari reaksi kimia. Setiap kulit memiliki jumlah elektron yang bervariasi: kulit terdalam berisi dua elektron, kulit berikutnya berisi delapan, dan kulit berikutnya berisi 18. Jumlah muatan berasal dari kecenderungan alami atom untuk memiliki kulit valensi penuh, baik itu melibatkan perolehan atau kehilangan elektron. Unsur-unsur disusun dalam tabel periodik dalam kelompok sesuai dengan jumlah elektron pada kulit valensinya. Jika dua unsur berada dalam kolom, atau golongan yang sama, pada tabel periodik, mereka memiliki jumlah elektron yang sama yang tersedia untuk reaksi kimia.
Dengan pengecualian hidrogen, unsur-unsur di sisi kiri tabel — golongan I dan II — adalah logam alkali dan logam alkali tanah. Mereka memiliki kulit valensi yang hampir kosong, dengan masing-masing hanya satu atau dua elektron. Golongan III sampai VII adalah nonlogam. Golongan III memiliki tiga elektron, golongan IV memiliki 4 dan seterusnya. Gas mulia seperti neon, radon, dan xenon memiliki kulit valensi penuh dan karena itu tidak bereaksi dengan unsur lain.
Nomor muatan menentukan jenis muatan apa yang akan dimiliki atom individu jika memperoleh atau kehilangan elektron selama reaksi kimia ionik. Misalnya, natrium kehilangan satu elektron ketika bereaksi dengan klorin; klorin memperoleh satu elektron. Biaya masing-masing adalah 1+ dan 1-. Dalam keadaan alaminya, semua elemen memiliki nomor muatan nol karena tidak ada keuntungan atau kehilangan elektron.
Unsur-unsur transisi dalam kolom 3 sampai 12 dari tabel periodik dapat berikatan dengan unsur-unsur yang berbeda. Oleh karena itu, nomor tagihan mereka akan bervariasi. Unsur golongan IV, seperti karbon, memiliki nomor muatan 4+/4-. Mereka cenderung membentuk ikatan kovalen dengan atom lain, di mana elektron digunakan bersama daripada ditransfer.