Atom
Berdasarkan definisi, dua atom dengan jumlah "proton" yang identik dalam intinya termasuk ke dalam unsur kimia yang sama. Atom dengan jumlah proton sama namun dengan jumlah "neutron" berbeda adalah dua isotop berbeda dari satu unsur yang sama. Sebagai contohnya, semua hidrogen memiliki satu proton, namun terdapat satu isotop hidrogen yang tidak memiliki neutron (hidrogen-1), satu isotop yang memiliki satu neutron (deuterium), dua neutron (tritium), dll. Hidrogen-1 adalah bentuk isotop hidrogen yang paling umum. Kadang-kadang ia disebut sebagai protium. Semua isotop unsur yang bernomor atom lebih besar daripada 82 bersifat radioaktif.
Henry Moseley
Pada 1913, dengan menggunakan spektrum sinar-X yang diperoleh dari difraksi dalam kristal, ia menemukan hubungan sistematis antara panjang gelombang dan nomor atom, hukum Moseley. Sebelumnya, nomor atom telah dipikirkan sebagai nomor yang berubah-ubah, berdasar pada urutan berat atom, namun bisa berubah bila perlu (sebagai contoh, oleh Dmitri Mendeleyev) untuk menaruh unsur di tempat yang semestinya pada tabel periodik. Penemuan Moseley menunjukkan bahwa nomor atom itu tetap namun memiliki dasar yang bisa diukur melalui eksperimen. Di samping itu, Moseley menunjukkan bahwa ada pemisah dalam urutan pada nomor 43, 61 dan 75 (kini diketahui bersifat radioaktif, tidak terjadi secara alamiah, berturut-turut teknesium dan prometium, dan unsur rhenium yang terjadi secara alamiah dan ditemukan belakangan last). Sebelumnya Dmitri Ivanovich Mendeleyev telah memperkirakan teknesium, dan Bohuslav Brauner telah memprediksikan prometium; Moseley menyatakan prediksi mereka, memprediksikan sebuah unsur lain yang tak ditemukan, dan menyatakan tidak ada pemisah lain pada tabel periodik antara aluminum dan emas.