Στη χημεία, ο όρος “μονατομικό” αναφέρεται συχνά σε μια κατάσταση όπου τα στοιχεία εμφανίζονται με τη μορφή μεμονωμένων ατόμων που δεν είναι συνδεδεμένα με άλλα άτομα. Αυτό συμβαίνει κυρίως με αέρια και όλα τα στοιχεία μπορούν να επιτύχουν αυτήν την κατάσταση ενός ατόμου σε αρκετά υψηλές θερμοκρασίες. Καθένα από τα λεγόμενα ευγενή αέρια – ήλιο, νέο, αργό, κρυπτό, ξένο και ραδόνιο – είναι φυσικά ένα μονοατομικό αέριο σε τυπική θερμοκρασία και πίεση. Ο όρος έχει μια κάπως διαφορετική έννοια όταν πρόκειται για ιόντα, καθώς τα μονοατομικά ιόντα αποτελούνται από ένα μόνο στοιχείο, αλλά κάθε τέτοιο ιόν μπορεί να περιέχει πολλά άτομα αυτού του μεμονωμένου στοιχείου. Ένας σχετικός όρος χημείας είναι διατομικός, ο οποίος αναφέρεται σε ένα μόριο που αποτελείται από δύο άτομα που μπορεί να είναι είτε από το ίδιο στοιχείο είτε από δύο διαφορετικά στοιχεία.
Στοιχεία σπάνια υπάρχουν σε μονατομική κατάσταση, ειδικά αν δεν είναι σε μορφή αερίου. Αυτό συμβαίνει επειδή τα άτομα τείνουν να συγκεντρώνονται μεταξύ τους. Στη φυσική χημεία, αυτή η έλξη μεταξύ ατόμων και μορίων περιγράφεται λεπτομερώς από τη δύναμη του van der Waal. Τα ευγενή αέρια αποτελούνται από πολύ σταθερά άτομα και έχουν χαμηλή χημική αντιδραστικότητα, γι’ αυτό και μπορούν πιο εύκολα να υπάρχουν στη μονοατομική κατάσταση. Αυτά τα αέρια μοιράζονται επίσης άλλα χαρακτηριστικά, συμπεριλαμβανομένου του ότι δεν έχουν χρώμα ή οσμή.
Τα ιόντα είναι σωματίδια με αρνητικό φορτίο, που ονομάζονται επίσης ανιόντα, ή θετικό φορτίο, που ονομάζονται επίσης κατιόντα. Τα πολυατομικά ιόντα αποτελούνται από δύο ή περισσότερα στοιχεία. Τα μονοατομικά ιόντα αποτελούνται από ένα στοιχείο και υπάρχουν δύο τύποι αυτού του είδους ιόντων. Ο τύπος Ι είναι ιόντα που αποτελούνται από ένα μόνο στοιχείο που έχει πάντα το ίδιο φορτίο σε ιοντική μορφή, σχηματίζοντας είτε κατιόντα είτε ανιόντα. Παραδείγματα αυτού είναι τα ιόντα αργύρου και ψευδαργύρου. Τα ιόντα τύπου II αποτελούνται επίσης από ένα μόνο στοιχείο, αλλά σε ιοντική μορφή αυτά τα στοιχεία μπορούν να σχηματίσουν τόσο ανιόντα όσο και κατιόντα, όπως συμβαίνει με τον σίδηρο και τον χαλκό.
Οι ιδιότητες ενός μεμονωμένου ατόμου ενός στοιχείου μπορεί να είναι διαφορετικές από τις ιδιότητες των συστάδων ατόμων του ίδιου στοιχείου. Ο μονοατομικός χρυσός, για παράδειγμα, έχει διαφορετικό χρώμα και διαφορετικές αγώγιμες ιδιότητες από τα σμήνη ατόμων χρυσού. Το υδρογόνο εμφανίζεται συνήθως με τη μορφή αερίου, όπου δύο άτομα υδρογόνου σχηματίζουν ένα μόριο υδρογόνου. Το μονοατομικό υδρογόνο είναι πολύ σπάνιο και πολύ ασταθές, αλλά οι επιστήμονες πιστεύουν ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως ισχυρό καύσιμο, για παράδειγμα για διαστημικά ταξίδια.