Lo studio della struttura dell'atomo, sue proprietà dinamici, tra cui stati energetici e sue interazioni con particelle e campi. Quasi completamente questi sono determinati dalle leggi della meccanica quantistica, con molto raffinate correzioni richieste dalla elettrodinamica quantistica. Nonostante la complessità enorme della maggior parte dei sistemi atomici, in cui ogni elettrone interagisce con il nucleo e tutti gli altri elettroni orbitanti, la natura ondulatorie di particelle, combinato con il principio di esclusione di Pauli, risultati in una matrice incredibilmente ordinato di proprietà atomiche. Questi sono sistematizzati dalla tavola periodica di Mendeleev. Oltre alla loro classificazione da attività chimica e peso atomico, i vari elementi di questa tabella sono caratterizzati da un'ampia varietà di proprietà osservabili. Questi includono affinità elettronica, polarizzabilità, momento angolare, più momenti elettrici e magnetismo.