从根本上说，生物是由物质组成的。物质占据空间并具有质量。所有物质都是由元素，不能分解或化学转化为其他物质的物质组成的。每个元素都是由原子组成的，每个原子都有恒定数量的质子和独特的属性。总共定义了个元素。然而，自然界中只有92种自然存在，而活细胞中少于30种。其余的26个元素是不稳定的，因此不会存在很长时间，或者是理论上的，有待检测。
每个元素均以其化学符号（例如H，N，O，C和Na）指定，并具有独特的性质。这些独特的属性允许元素以特定方式组合并相互结合。
原子
原子是元素的最小组成部分，保留了该元素的所有化学性质。例如，一个氢原子具有氢元素的所有特性，例如在室温下以气体形式存在，并且与氧结合形成水分子。氢原子不能分解成更小的东西，同时仍保留氢的性质。如果氢原子分解成亚原子粒子（质子，中子和电子），它将不再具有氢的性质。
在最基本的水平上，所有生物都是由多种元素组成的。它们包含结合在一起形成分子的原子。在动物等多细胞生物中，分子可以相互作用形成细胞，这些细胞结合形成组织，从而构成器官。这些组合一直持续到整个多细胞生物形成为止。
唯一的例外是氢（H），它由一个质子和一个电子组成。甲质子是带正电的颗粒，其驻留在所述核的原子的（原子的核心中），并且具有1:1的质量和电荷的1。一个电子是带负电荷的粒子，在围绕原子核的空间传播。换句话说，它位于细胞核之外。它的质量可以忽略不计（即与质子和中子相比为零），电荷为–1。
中子像质子一样，驻留在原子核中。它们的质量为1，不带电荷。正电荷（质子）和负电荷（电子）在具有净零电荷的中性原子中彼此平衡。
因为质子和中子各自的质量为1，所以原子的质量等于该原子的质子和中子的总和。电子的数量不算在内，因为它们的质量很小。
如前所述，每个元素都有其自己的独特属性。每个原子团包含不同数量的质子和中子，从而赋予其自己的原子序数和质量数。元素的原子数等于该元素包含的质子数。的质量数，或原子质量，是质子的数量加上该元素的中子的数量。因此，可以通过从质量数中减去原子数来确定中子数。例如，元素磷（P）的原子序数为15，质量数为31。因此，磷原子具有15个质子，15个电子和16个中子（31-15=16）。
这些数字提供有关元素以及它们组合后如何反应的信息。不同元素的熔点和沸点不同，并且在室温下处于不同状态（液体，固体或气体）。它们也以不同的方式结合。有些形成特定类型的债券，而另一些则没有。它们如何结合是基于存在的电子数。由于这些特性，这些元素被排列到元素周期表中，这些元素图包括每个元素的原子序数和相对原子质量。元素周期表还提供有关元素属性的关键信息（图）-通常用颜色编码表示。该表的排列还显示了每个元素中的电子是如何组织的，并提供了有关原子如何相互反应形成分子的重要细节。
同位素是同一元素的不同形式，具有相同数量的质子，但具有不同数量的中子。一些元素，例如碳，钾和铀，具有天然存在的同位素。碳12是最常见的碳同位素，包含六个质子和六个中子。因此，它的质量数为12（六个质子和六个中子），原子序数为6（使它成为碳）。碳14包含六个质子和八个中子。因此，它的质量数为14（六个质子和八个中子），原子数为6，这意味着它仍然是元素碳。碳的这两种替代形式是同位素。一些同位素不稳定，会失去质子，其他亚原子粒子或能量，从而形成更稳定的元素。这些被称为放射性同位素或放射性同位素。