Los átomos pueden identificarse por la luz que emiten. En un tubo de descarga o en una prueba a la llama, el color no es un recubrimiento similar a la pintura; se origina cuando los electrones del átomo liberan paquetes específicos de energía en forma de fotones. Dado que cada elemento posee su propio conjunto de niveles de energía electrónica permitidos, cada uno produce un patrón distintivo de líneas brillantes en lugar de un arcoíris continuo.
Para vincular la evidencia con la identidad, compare las posiciones de las líneas brillantes de varios elementos y considere el patrón resultante como una huella dactilar, más que como un simple color.
Aparece una línea cuando un electrón desciende de un estado de mayor energía a uno de menor energía y el átomo emite un fotón con energía . Las diferencias mayores entre las energías permitidas producen luz de mayor frecuencia, la cual es más azulada. Las diferencias menores producen luz de menor frecuencia, más rojiza. El hecho de que solo aparezcan ciertas frecuencias demuestra que las energías de los electrones en los átomos están cuantizadas, en lugar de ser continuas.
Los átomos son mayoritariamente espacio vacío, por lo que el movimiento de los electrones ocurre lejos del núcleo en comparación con el tamaño de este. El núcleo concentra casi toda la masa, ya que contiene protones y neutrones; por su parte, los electrones aportan muy poca masa, pero determinan los enlaces y la reactividad química mediante su carga y su distribución espacial.
El número atómico es el número de protones en el núcleo y determina la identidad del elemento. El número másico es el número total de nucleones, por lo que . Un isótopo es un átomo del mismo elemento con un número diferente de neutrones; así, los isótopos comparten el mismo valor de pero tienen valores distintos de . Un ion es un átomo con carga neta debido a que ha ganado o perdido electrones, de modo que (en unidades de carga elemental).
Utiliza estas relaciones para pasar de los símbolos al recuento de partículas y viceversa. Para (,^{23}{11}!Na), tenemos , , y un átomo neutro tiene . Para (,^{35}{17}!Cl^{-}), tenemos , , y la carga de implica que . Practica las conversiones en ambos sentidos y verifica siempre que sea igual a y que la carga corresponda a .