古代對物質組成的理論主要是陰陽五行學說，這個學說用來解釋萬物的本質顯得牽強附會，古人知道用土(鐵礦或銅礦)來冶煉金屬，所以說土生金，火克金，金生水，但該學說難解釋爲什麼利劍由火來鑄造卻很鋒利，在潮溼的地方放久了利劍也會生鏽變成泥土。一直到近代的原子論提出來以後，人們才知道組成物質的基本單位是化學元素。
原子由原子核和圍繞在周圍的電子組成，原子核由帶正電的質子和不帶電的中子合抱而成，電子的數量和質子數剛好相等，元素就是指具有相同數量質子的同一類原子總稱。只有1個質子的元素叫氫，2個質子的叫氦，以此類推。到2010年爲止,人們在自然中發現的物質有3000多萬餘種,但組成他們的元素目前只有118種，。中子數目的多少不影響元素的化學性質，同質子數不同中子數的物質叫同位素。
電子在原子核外分層排列，其排列的規律使得元素出現一定的週期律，1869年俄國的門捷列夫首先匯出了第一張元素週期表。元素的化學性質取決於最外層電子的數量，電子曾最外層只能容納8個電子，人們將最外層電子數相同的元素歸爲一個“族”，如氫、鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁最外層都是隻有一個電子，就把他們全部歸入“I族”，氧、硫、硒、碲外層都有7個電子，歸入“Ⅶ族”…………。由於化學的本質是元素最外層電子的得失，所以同一族裏的元素化學性質相同，不同族的元素化學性質差別明顯。還有一族是惰性氣體，外層電子已達8個(氦是2個)，化學性質不活潑。
除錫Sn、銻Sb、鉍Bi等少數幾種金屬的原子最外層電子數大於或等於4以外，絕大多數金屬原子的最外層電子數均小於4，所以金屬的物理特徵較爲相似。金屬一旦失去電子，與其他元素化合，就失去金屬行了，比如說塵土，主要成分就是金屬的氧化物。
