Ena najbolj temeljnih gonilnih sil kemičnih reakcij so elektronske vezi, ki nastanejo med atomi. Elektroni so negativno nabiti delci, ki krožijo okoli jedra atoma v lupinah. Vsaka elektronska lupina atoma ima določeno število elektronov, ki jih zadrži, kadar je to mogoče, tudi če neuravnoteži neto naboj atoma; elektroni in protoni imajo posamezno enako količino električnega naboja. Količina naboja, ki jo ima dani atom, je izražena kot nadpis na desni strani imena elementa; na primer Na1+. Nadpisna številka in predznak sta znana kot številka polnjenja.
Zunanja elektronska lupina atoma se imenuje valenčna lupina in je osnova kemičnih reakcij. Vsaka lupina ima različno število elektronov: najbolj notranja lupina vsebuje dva elektrona, naslednja jih vsebuje osem, naslednje pa 18. Število naboja izhaja iz naravne težnje atomov, da imajo polno valenčno lupino, ne glede na to, ali vključuje pridobivanje oz. izguba elektronov. Elementi so v periodnem sistemu razvrščeni v skupine glede na število elektronov v njihovih valenčnih lupinah. Če sta dva elementa v istem stolpcu ali skupini v periodnem sistemu, imata na voljo enako število elektronov za kemične reakcije.
Z izjemo vodika so elementi na levi strani tabele – skupini I in II – alkalijske in zemeljskoalkalijske kovine. Imajo valenčne lupine, ki so skoraj prazne, z enim ali dvema elektronoma. Skupine od III do VII so nekovine. Skupina III ima tri elektrone, skupina IV ima 4 in tako naprej. Žlahtni plini, kot so neon, radon in ksenon, imajo polne valenčne lupine in zato ne reagirajo z drugimi elementi.
Število naboja določa, kakšen naboj bo imel posamezni atom, če med ionsko kemično reakcijo pridobi ali izgubi elektrone. Na primer, natrij izgubi en elektron, ko reagira s klorom; klor pridobi en elektron. Njihova naboja sta 1+ in 1-. V svojem naravnem stanju imajo vsi elementi nabojno število nič, ker ni pridobivanja ali izgube elektronov.
Prehodni elementi v stolpcih od 3 do 12 periodnega sistema se lahko povežejo z različnimi elementi. Zato se bodo njihove številke polnjenja razlikovale. Elementi skupine IV, kot je ogljik, imajo nabojno število 4+/4-. Nagnjeni so k tvorbi kovalentnih vezi z drugimi atomi, v katerih se elektroni delijo in ne prenašajo.