În chimie, termenul „monatomic” se referă adesea la o stare în care elementele apar sub formă de atomi unici care nu sunt legați de alți atomi. Acest lucru se întâmplă mai ales cu gazele și toate elementele pot atinge această stare de un singur atom la temperaturi suficient de ridicate. Fiecare dintre așa-numitele gaze nobile – heliu, neon, argon, kripton, xenon și radon – este în mod natural un gaz monoatomic la temperatură și presiune standard. Termenul are o semnificație oarecum diferită când vine vorba de ioni, deoarece ionii monoatomici sunt formați dintr-un singur element, dar fiecare astfel de ion poate conține mai mulți atomi ai acelui element unic. Un termen înrudit de chimie este diatomic, care se referă la o moleculă formată din doi atomi care pot fi fie din același element, fie din două elemente diferite.
Elementele există rar în stare monoatomică, mai ales dacă nu sunt sub formă de gaz. Acest lucru se datorează faptului că atomii tind să se grupeze. În chimia fizică, această atracție între atomi și molecule este descrisă în detaliu de forța lui van der Waal. Gazele nobile sunt formate din atomi foarte stabili și au o reactivitate chimică scăzută, motiv pentru care pot exista mai ușor în stare monoatomică. Aceste gaze au, de asemenea, alte caracteristici, inclusiv că nu au nicio culoare sau miros.
Ionii sunt particule cu sarcină negativă, numite și anioni, sau cu sarcină pozitivă, numite și cationi. Ionii poliatomici sunt formați din două sau mai multe elemente. Ionii monotomici sunt formați dintr-un singur element și există două tipuri de acest tip de ioni. Tipul I sunt ioni formați dintr-un singur element care are întotdeauna aceeași sarcină în formă ionică, formând fie cationi, fie anioni. Exemple în acest sens sunt ionii de argint și zinc. Ionii de tip II sunt, de asemenea, formați dintr-un singur element, dar în formă ionică aceste elemente pot forma atât anioni, cât și cationi, așa cum este cazul fierului și cuprului.
Proprietățile unui singur atom al unui element pot fi diferite de proprietățile grupurilor de atomi ai aceluiași element. Aurul monoatomic, de exemplu, are o culoare diferită și proprietăți conductoare diferite decât grupurile de atomi de aur. Hidrogenul apare de obicei sub formă de gaz, unde doi atomi de hidrogen formează o moleculă de hidrogen. Hidrogenul monoatomic este foarte rar și foarte instabil, dar oamenii de știință cred că ar putea fi folosit ca combustibil puternic, de exemplu pentru călătoriile în spațiu.