從根本上說，生物是由物質組成的。物質佔據空間並具有質量。所有物質都是由元素，不能分解或化學轉化為其他物質的物質組成的。每個元素都是由原子組成的，每個原子都有恆定數量的質子和獨特的屬性。總共定義了118個元素。然而，自然界中只有92種自然存在，而活細胞中少於30種。其餘的26個元素是不穩定的，因此不會存在很長時間，或者是理論上的，有待檢測。
每個元素均以其化學符號（例如H，N，O，C和Na）指定，並具有獨特的性質。這些獨特的屬性允許元素以特定方式組合併相互結合。
原子
原子是元素的最小組成部分，保留了該元素的所有化學性質。例如，一個氫原子具有氫元素的所有特性，例如在室溫下以氣體形式存在，並且與氧結合形成水分子。氫原子不能分解成更小的東西，同時仍保留氫的性質。如果氫原子分解成亞原子粒子（質子，中子和電子），它將不再具有氫的性質。
在最基本的水平上，所有生物都是由多種元素組成的。它們包含結合在一起形成分子的原子。在動物等多細胞生物中，分子可以相互作用形成細胞，這些細胞結合形成組織，從而構成器官。這些組合一直持續到整個多細胞生物形成為止。
唯一的例外是氫（H），它由一個質子和一個電子組成。甲質子是帶正電的顆粒，其駐留在所述核的原子的（原子的核心中），並且具有1:1的質量和電荷的1。一個電子是帶負電荷的粒子，在圍繞原子核的空間傳播。換句話說，它位於細胞核之外。它的質量可以忽略不計（即與質子和中子相比為零），電荷為–1。
中子像質子一樣，駐留在原子核中。它們的質量為1，不帶電荷。正電荷（質子）和負電荷（電子）在具有淨零電荷的中性原子中彼此平衡。
因為質子和中子各自的質量為1，所以原子的質量等於該原子的質子和中子的總和。電子的數量不算在內，因為它們的質量很小。
如前所述，每個元素都有其自己的獨特屬性。每個原子團包含不同數量的質子和中子，從而賦予其自己的原子序數和質量數。元素的原子數等於該元素包含的質子數。的質量數，或原子質量，是質子的數量加上該元素的中子的數量。因此，可以通過從質量數中減去原子數來確定中子數。例如，元素磷（P）的原子序數為15，質量數為31。因此，磷原子具有15個質子，15個電子和16個中子（31-15 = 16）。
這些數字提供有關元素以及它們組合後如何反應的信息。不同元素的熔點和沸點不同，並且在室溫下處於不同狀態（液體，固體或氣體）。它們也以不同的方式結合。有些形成特定類型的債券，而另一些則沒有。它們如何結合是基於存在的電子數。由於這些特性，這些元素被排列到元素周期表中，這些元素圖包括每個元素的原子序數和相對原子質量。元素周期表還提供有關元素屬性的關鍵信息（圖）-通常用顏色編碼表示。該表的排列還顯示了每個元素中的電子是如何組織的，並提供了有關原子如何相互反應形成分子的重要細節。
同位素是同一元素的不同形式，具有相同數量的質子，但具有不同數量的中子。一些元素，例如碳，鉀和鈾，具有天然存在的同位素。碳12是最常見的碳同位素，包含六個質子和六個中子。因此，它的質量數為12（六個質子和六個中子），原子序數為6（使它成為碳）。碳14包含六個質子和八個中子。因此，它的質量數為14（六個質子和八個中子），原子數為6，這意味著它仍然是元素碳。碳的這兩種替代形式是同位素。一些同位素不穩定，會失去質子，其他亞原子粒子或能量，從而形成更穩定的元素。這些被稱為放射性同位素 或放射性同位素。