古代对物质组成的理论主要是阴阳五行学说，这个学说用来解释万物的本质显得牵强附会，古人知道用土(铁矿或铜矿)来冶炼金属，所以说土生金，火克金，金生水，但该学说难解释为什么利剑由火来铸造却很锋利，在潮湿的地方放久了利剑也会生锈变成泥土。一直到近代的原子论提出来以后，人们才知道组成物质的基本单位是化学元素。
原子由原子核和围绕在周围的电子组成，原子核由带正电的质子和不带电的中子合抱而成，电子的数量和质子数刚好相等，元素就是指具有相同数量质子的同一类原子总称。只有1个质子的元素叫氢，2个质子的叫氦，以此类推。到2010年为止,人们在自然中发现的物质有3000多万余种,但组成他们的元素目前只有118种，。中子数目的多少不影响元素的化学性质，同质子数不同中子数的物质叫同位素。
电子在原子核外分层排列，其排列的规律使得元素出现一定的周期律，1869年俄国的门捷列夫首先汇出了第一张元素周期表。元素的化学性质取决于最外层电子的数量，电子曾最外层只能容纳8个电子，人们将最外层电子数相同的元素归为一个“族”，如氢、锂、钠、钾、铷、铯、钫最外层都是只有一个电子，就把他们全部归入“I族”，氧、硫、硒、碲外层都有7个电子，归入“Ⅶ族”…………。由于化学的本质是元素最外层电子的得失，所以同一族里的元素化学性质相同，不同族的元素化学性质差别明显。还有一族是惰性气体，外层电子已达8个(氦是2个)，化学性质不活泼。
除锡Sn、锑Sb、铋Bi等少数几种金属的原子最外层电子数大于或等于4以外，绝大多数金属原子的最外层电子数均小于4，所以金属的物理特征较为相似。金属一旦失去电子，与其他元素化合，就失去金属行了，比如说尘土，主要成分就是金属的氧化物。
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