Átomos podem ser identificados pela luz que emitem. Em um tubo de descarga ou em um teste de chama, a cor não é um revestimento semelhante a uma tinta; ela resulta da liberação, pelos elétrons do átomo, de pacotes específicos de energia na forma de fótons. Como cada elemento possui seu próprio conjunto de níveis de energia eletrônica permitidos, cada um produz um padrão característico de linhas brilhantes, em vez de um arco-íris contínuo.
Para associar a evidência à identidade, compare as posições das linhas brilhantes de diferentes elementos e considere esse padrão como uma impressão digital, e não apenas como uma cor única.
Uma linha surge quando um elétron transita de um estado de energia mais elevado para um mais baixo e o átomo emite um fóton com energia . Diferenças maiores entre as energias permitidas produzem luz de frequência mais alta, que tende para o azul. Diferenças menores produzem luz de frequência mais baixa, que tende para o vermelho. O fato de apenas certas frequências aparecerem é uma evidência de que as energias dos elétrons nos átomos são quantizadas, e não contínuas.
Os átomos são constituídos majoritariamente por espaço vazio; portanto, o movimento dos elétrons ocorre a uma grande distância do núcleo, em comparação com o tamanho deste. O núcleo concentra praticamente toda a massa, pois contém prótons e nêutrons, enquanto os elétrons contribuem com muito pouca massa, mas determinam as ligações e a reatividade química por meio de sua carga e distribuição espacial.
O número atômico é o número de prótons no núcleo e define a identidade do elemento. O número de massa é o número total de nucleons; portanto, . Um isótopo é um átomo do mesmo elemento com um número diferente de nêutrons; assim, isótopos compartilham o mesmo , mas possuem valores de diferentes. Um íon é um átomo com carga líquida resultante do ganho ou perda de elétrons; logo, (em unidades de carga elementar).
Utilize essas relações para transitar entre símbolos e contagens de partículas. Para (,^{23}{11}!Na), temos , , e um átomo neutro possui . Para (,^{35}{17}!Cl^{-}), temos , , e a carga indica que . Pratique a conversão em ambos os sentidos e verifique sempre se é igual a e se a carga corresponde a .