חקר מבנה האטום, מאפייניו דינמיות, לרבות מצבי אנרגיה שיוצרים עם חלקיקים ושדות. אלה כמעט לחלוטין נקבעים לפי חוקי מכניקת הקוונטים, עם תיקונים מאוד מעודן הנדרש על-ידי אלקטרודינמיקה קוונטית. למרות מורכבותם העצום של רוב מערכות אטומי, שבו כל אלקטרון מקיים אינטראקציה עם הגרעין וגם כל אחרים orbiting אלקטרונים, הטבע wavelike של חלקיקים, בשילוב עם פאולי, תוצאות ב מערך מסודר להפליא של מאפייני אטומי. אלה systematized על-ידי הטבלה המחזורית של מנדלייב. , בנוסף על הסיווג שלהם על-ידי פעילות כימית, משקל אטומי, הרכיבים השונים של טבלה זו מתאפיינות מגוון רחב של מאפיינים הנצפה. אלה כוללות זיקה אלקטרונית פולריזביליות, תנע זוויתי, מספר רגעים חשמל, מגנטיות.