Eine der grundlegendsten Triebkräfte chemischer Reaktionen sind die zwischen Atomen gebildeten Elektronenbindungen. Elektronen sind negativ geladene Teilchen, die in Schalen den Kern eines Atoms umkreisen. Jede Elektronenhülle eines Atoms hat eine bestimmte Anzahl von Elektronen, die sie nach Möglichkeit behält, auch wenn sie die Nettoladung des Atoms aus dem Gleichgewicht bringt; Elektronen und Protonen haben einzeln die gleiche elektrische Ladung. Die Ladungsmenge eines bestimmten Atoms wird als hochgestellter Index rechts neben dem Elementnamen ausgedrückt; zum Beispiel Na1+. Die hochgestellte Zahl und das Vorzeichen werden als Gebührennummer bezeichnet.
Die äußere Elektronenhülle eines Atoms wird Valenzschale genannt und ist die Grundlage chemischer Reaktionen. Jede Schale hat eine unterschiedliche Anzahl von Elektronen: die innerste enthält zwei Elektronen, die nächste enthält acht und die folgenden enthalten 18. Elektronen verlieren. Die Elemente sind im Periodensystem in Gruppen nach der Anzahl der Elektronen in ihren Valenzschalen angeordnet. Wenn sich zwei Elemente in derselben Spalte oder Gruppe des Periodensystems befinden, haben sie die gleiche Anzahl von Elektronen, die für chemische Reaktionen verfügbar sind.
Mit Ausnahme von Wasserstoff sind die Elemente auf der linken Seite der Tabelle – Gruppen I und II – Alkalimetalle und Erdalkalimetalle. Sie haben praktisch leere Valenzschalen mit nur einem bzw. zwei Elektronen. Die Gruppen III bis VII sind Nichtmetalle. Gruppe III hat drei Elektronen, Gruppe IV hat 4 und so weiter. Die Edelgase wie Neon, Radon und Xenon haben volle Valenzschalen und reagieren daher nicht mit anderen Elementen.
Die Ladungszahl bestimmt, welche Ladung ein einzelnes Atom hat, wenn es während einer ionischen chemischen Reaktion Elektronen aufnimmt oder verliert. Natrium beispielsweise verliert ein Elektron, wenn es mit Chlor reagiert; Chlor nimmt ein Elektron auf. Ihre jeweiligen Gebühren sind 1+ und 1-. In ihrem natürlichen Zustand haben alle Elemente eine Ladungszahl von Null, da es keine Elektronenzunahme oder -verluste gibt.
Übergangselemente in den Spalten 3 bis 12 des Periodensystems können sich mit verschiedenen Elementen verbinden. Daher variieren ihre Gebührennummern. Elemente der Gruppe IV, wie Kohlenstoff, haben eine Ladungszahl von 4+/4-. Sie neigen dazu, kovalente Bindungen mit anderen Atomen zu bilden, in denen Elektronen eher geteilt als übertragen werden.