يمكن تحديد هوية الذرات من خلال الضوء الذي تبعثه. ففي أنابيب التفريغ أو اختبار اللهب، لا ينشأ اللون عن طبقة طلاء خارجية، بل ينتج عن إطلاق إلكترونات الذرة لحزم محددة من الطاقة على هيئة فوتونات. ونظراً لأن لكل عنصر مجموعة خاصة به من مستويات الطاقة المسموح بها للإلكترونات، فإن كل عنصر يُنتج مجموعة مميزة من الخطوط الساطعة بدلاً من طيف متصل يشبه قوس قزح.
ولربط الأدلة بالهوية، قارن بين مواقع الخطوط الساطعة لعدة عناصر، وتعامل مع هذا النمط باعتباره “بصمة” مميزة وليس مجرد لون أحادي.
يظهر خط طيفي عندما ينتقل إلكترون من حالة طاقة أعلى إلى حالة طاقة أدنى، فتبعث الذرة فوتوناً طاقته . وتؤدي الفجوات الأكبر بين مستويات الطاقة المسموح بها إلى إنتاج ضوء ذي تردد أعلى (يميل إلى اللون الأزرق)، بينما تنتج الفجوات الأصغر ضوءاً ذا تردد أقل (يميل إلى اللون الأحمر). وتُعد حقيقة ظهور ترددات محددة فقط دليلاً على أن طاقة الإلكترونات في الذرات تكون مُكمَّاة (أي تأخذ قيماً محددة) وليست متصلة.
تتكون الذرات في معظمها من فراغ، ولذا فإن حركة الإلكترونات تحدث على مسافة بعيدة من النواة مقارنةً بحجم النواة نفسها. وتحتوي النواة على الكتلة الكلية للذرة تقريباً لاحتوائها على البروتونات والنيوترونات، في حين تساهم الإلكترونات بقدر ضئيل جداً في الكتلة، لكنها تتحكم في الروابط والنشاط الكيميائي من خلال شحنتها وتوزيعها الفراغي.
العدد الذري () هو عدد البروتونات في النواة ويحدد هوية العنصر. العدد الكتلي () هو العدد الإجمالي للنيوكليونات، لذا فإن . النظير هو ذرة من العنصر نفسه ولكنها تحتوي على عدد مختلف من النيوترونات؛ وبالتالي، تتشارك النظيرات في قيمة ولكنها تختلف في قيمة . الأيون هو ذرة تحمل شحنة صافية نتيجة لاكتسابها إلكترونات أو فقدانها، وتُحسب الشحنة بالعلاقة بوحدات الشحنة الأولية.
استخدم هذه العلاقات للتحويل بين الرموز وأعداد الجسيمات. بالنسبة للرمز (,^{23}{11}!Na)، نجد أن و ، بينما تحتوي الذرة المتعادلة على إلكتروناً. وبالنسبة للرمز (,^{35}{17}!Cl^{-})، نجد أن و ، وتعني الشحنة أن . تدرب على التحويل في كلا الاتجاهين، وتحقق دائماً من أن تساوي وأن الشحنة تطابق .