V kemiji se izraz “monatomski” pogosto nanaša na stanje, ko se elementi pojavljajo v obliki posameznih atomov, ki niso vezani na druge atome. To se večinoma dogaja pri plinih in vsi elementi lahko dosežejo to enoatomsko stanje pri dovolj visokih temperaturah. Vsak od tako imenovanih žlahtnih plinov – helij, neon, argon, kripton, ksenon in radon – je naravno monoatomski plin pri standardni temperaturi in tlaku. Izraz ima nekoliko drugačen pomen, ko gre za ione, saj so enoatomni ioni sestavljeni iz samo enega elementa, vendar lahko vsak tak ion vsebuje več atomov tega posameznega elementa. Sorodni kemijski izraz je diatomski, ki se nanaša na molekulo, sestavljeno iz dveh atomov, ki sta lahko iz istega ali dveh različnih elementov.
Elementi redko obstajajo v monoatomskem stanju, še posebej, če niso v plinasti obliki. To je zato, ker se atomi nagibajo k združevanju. V fizični kemiji je to privlačnost med atomi in molekulami podrobno opisana z van der Waalovo silo. Žlahtni plini so sestavljeni iz zelo stabilnih atomov in imajo nizko kemično reaktivnost, zato lahko lažje obstajajo v monoatomskem stanju. Ti plini imajo tudi druge značilnosti, med drugim nimajo barve ali vonja.
Ioni so delci z negativnim nabojem, imenovani tudi anioni, ali pozitivnim nabojem, imenovanim tudi kationi. Poliatomski ioni so sestavljeni iz dveh ali več elementov. Monatomski ioni so sestavljeni iz enega elementa in obstajata dve vrsti tovrstnih ionov. Tip I so ioni, sestavljeni iz enega samega elementa, ki ima vedno enak naboj v ionski obliki in tvori bodisi katione bodisi anione. Primeri tega so ioni srebra in cinka. Ioni tipa II so prav tako sestavljeni iz enega samega elementa, vendar lahko v ionski obliki ti elementi tvorijo tako anione kot katione, kot je to v primeru železa in bakra.
Lastnosti posameznega atoma elementa so lahko drugačne od lastnosti grozdov atomov istega elementa. Monatomsko zlato ima na primer drugačno barvo in drugačne prevodne lastnosti kot skupine atomov zlata. Vodik se običajno pojavlja v obliki plina, kjer dva vodikova atoma tvorita eno molekulo vodika. Monatomski vodik je zelo redek in zelo nestabilen, vendar znanstveniki verjamejo, da bi ga lahko uporabili kot močno gorivo, na primer za potovanja v vesolje.