Jedną z najbardziej podstawowych sił napędowych reakcji chemicznych są wiązania elektronowe utworzone między atomami. Elektrony to ujemnie naładowane cząstki krążące wokół jądra atomu w powłokach. Każda powłoka elektronowa atomu ma określoną liczbę elektronów, które zatrzymuje, jeśli to możliwe, nawet jeśli zaburza ładunek netto atomu; elektrony i protony mają indywidualnie taki sam ładunek elektryczny. Ilość ładunku danego atomu jest wyrażona jako indeks górny po prawej stronie nazwy pierwiastka; na przykład Na1+. Numer i znak w indeksie górnym są znane jako liczba opłat.
Zewnętrzna powłoka elektronowa atomu nazywana jest powłoką walencyjną i jest podstawą reakcji chemicznych. Każda powłoka ma różną liczbę elektronów: najbardziej wewnętrzna powłoka zawiera dwa elektrony, następna zawiera osiem, a kolejne zawierają 18. Liczba ładunku wynika z naturalnych tendencji atomów do posiadania pełnej powłoki walencyjnej, niezależnie od tego, czy wiąże się to ze zdobywaniem, czy tracąc elektrony. Pierwiastki są ułożone w układzie okresowym w grupy według liczby elektronów w ich powłokach walencyjnych. Jeśli dwa pierwiastki znajdują się w tej samej kolumnie lub grupie w układzie okresowym, mają taką samą liczbę elektronów dostępnych dla reakcji chemicznych.
Z wyjątkiem wodoru pierwiastki po lewej stronie tabeli — grupy I i II — to metale alkaliczne i metale ziem alkalicznych. Mają one powłoki walencyjne, które są praktycznie puste, z odpowiednio tylko jednym lub dwoma elektronami. Grupy od III do VII to niemetale. Grupa III ma trzy elektrony, grupa IV ma 4 i tak dalej. Gazy szlachetne, takie jak neon, radon i ksenon, mają pełne powłoki walencyjne i dlatego nie reagują z innymi pierwiastkami.
Liczba ładunków określa, jaki rodzaj ładunku będzie miał poszczególny atom, jeśli zyska lub straci elektrony podczas jonowej reakcji chemicznej. Na przykład sód traci jeden elektron, gdy reaguje z chlorem; chlor zyskuje jeden elektron. Ich odpowiednie opłaty to 1+ i 1-. W swoim naturalnym stanie wszystkie pierwiastki mają ładunek równy zero, ponieważ nie ma przyrostu ani utraty elektronów.
Pierwiastki przejściowe w kolumnach od 3 do 12 układu okresowego mogą wiązać się z różnymi pierwiastkami. Dlatego ich numery opłat będą się różnić. Pierwiastki grupy IV, takie jak węgiel, mają liczbę ładunkową 4+/4-. Mają tendencję do tworzenia wiązań kowalencyjnych z innymi atomami, w których elektrony są współdzielone, a nie przenoszone.