世界上所有的原子中有9成為？
氫
除了太陽之外，最靠近地球的恆星是半人馬座的毗鄰星，距離是39.9兆公里，或4.2光年。光線從半人馬座的比鄰星要4.2年才能抵達地球。在軌道上繞行地球的太空梭，需要150,000年才能抵達那兒。包括鄰近太陽系的地區，像這樣的距離，在星系盤中是很典型的。在星系的中心和球狀星團內，恆星的距離會比較接近，而在星暈中的距離則會更遙遠。由於相對於星系的中心，恆星的距離是非常開闊的，因此恆星的相互碰撞是非常罕見的。但是在密集的區域，像是球狀星團或星系的核心，恆星碰撞則很常見。這樣的碰撞會形成所知的藍掉隊星，這些異常的恆星比在同一星團中光度相同的主序星有著更高的表面溫度。
在對於譜線的研究基礎上，產生了波耳模型，直至現今描述原子中電子殼層結構的原子軌道模型，該模型是今天我們對於化學的所有認識的基礎。這些結論並不是顯而易見的，而是人們經過了一個世紀的探索，最終成功地為化學建立起堅實的基礎，同時，原子物理學也在其他許多方面有著廣泛的應用。1911年物理學家歐尼斯特·拉塞福實驗用α粒子穿過金箔產生的散射現象，證明原子含有直徑約10費米質量與電荷中心，完整的原子尺寸約0.1奈米他設想原子中心為帶正電的核，核周圍有帶負電的電子做軌道運動。但根據古典力學原理，這樣的原子會因為電子發射電磁波而不穩定。而且，所發射出來的電磁波波譜不符合所觀測到的原子光譜。這些問題在1913年被丹麥物理學家波耳改進的原子模型所解決，在波耳模型中位於特殊軌道的電子具有取決於軌道半徑才擁有特定的能量。因為僅允許有特定軌道，所以電子只具有特定能量，產生特定允許能階圖。電子在允許軌道上部發射電磁能，但電子從一個軌道躍遷到另一個軌道上時，發射或吸收的能量為兩軌道允許能量的差值，而這正與所觀察到的原子光譜一致。雖然波耳模型提供了一種有用的形象化模型，但近代原子理論還是採用量子力學而向前發展。電子具有波動性，因此波耳軌道模型可以解釋為一種要求，以適合繞核電子波的總波數。原子中的電子較好地被表示為標以特定量子數組合的電荷分布，而不是在圓軌道上的點狀粒子。量子數的每種可能的組合對應到一個階級，雖然不完全能被立即佔據 。波耳的理論能部份地解釋原子光譜，而現代量子理論則能明確地詳細計算光譜。
氫是宇宙中豐度最高的化學元素，佔重子總質量的75%，原子總數的90%以上。氫是恆星和巨行星的主要成份之一，並通過質子﹣質子鏈反應和碳氮氧循環核融合反應為恆星提供能量。氫氣分子雲是恆星形成的地點。宇宙中的氫主要以單原子形態和電漿態存在，此兩者的性質和雙原子氫分子頗為不同。氫電漿中，電子和質子各自獨立，所以電導率和發射率都很高，這是太陽等恆星發光的原因。這些帶電粒子受電磁場的影響，例如，太陽風會和地球磁層交互作用，產生白克蘭電流和極光。星際物質含有中性單原子氫。直到紅移第三軸到4為止，宇宙重子密度都以阻尼萊曼阿爾法系統中的大量中性氫原子為主。
到2010年為止，有118有已知的元素。在118個元素中，自然界存在的有94個，而其中有六個在自然界是痕量存在：原子序數43的鎝、原子序數61的鉕、原子序數85的砈、原子序數87的鍅、原子序數93的錼以及原子序數94的鈽。在宇宙中有偵測到這94種元素的存在，在恆星及超新星的光譜中也不例外，而恆星及超新星的光譜也會偵測到半衰期短的放射性元素。前94種元素是地球上可偵測到的原始核素，可能是太陽系形成時就生成，也可能是天然存在的鈾或釷裂變產物。剩下的24個元素現今不存在在地球上，也沒有出現在宇宙光譜中，這些元素都是人工產生的，這些元素都是半衰期很短的放射性元素。若在地球形成時曾經有這些元素存在，他們幾乎確定已經衰變成其他元素了。鎝是在1937年以人工的方式製備，曾認為是第一個人工合成，自然界不存在的元素，不過後來發現自然界有痕量的鎝。其他一些有放射性，但自然界痕量存在的元素發現情形也和鎝類似：先由人工的方式製備，後來才發現也存在在自然界中。