Mint már említettük, a fématomok jellegzetes kémiai tulajdonsága, hogy egy vagy több elektronjukat elveszítve pozitív iont képeznek. Egyes fémek azonban sokkal könnyebben veszítenek elektronokat, mint mások. Különösen a cézium (Cs) képes könnyebben leadni valenciaelektronját, mint a lítium (Li). Valójában az alkálifémek (az 1. csoportba tartozó elemek) esetében az elektronok leadásának könnyűsége a következőképpen változik: Cs > Rb > K > Na > Li, ahol a Cs a legvalószínűbb, a Li pedig a legkevésbé valószínű, hogy elveszít egy elektront. Lefelé haladva a csoportban a fémek egyre nagyobb valószínűséggel veszítenek el egy elektront, mivel az eltávolítandó elektron egyre távolabb helyezkedik el a pozitív magtól. Vagyis a Cs-ból Cs+ képződéséhez elveszített elektron sokkal nagyobb távolságra van a vonzó pozitív atommagtól – és így könnyebben eltávolítható -, mint a lítiumatomból Li+ képződéséhez eltávolítandó elektron. Ugyanez a tendencia figyelhető meg a 2. csoportba tartozó elemek (az alkáliföldfémek) között is; minél lejjebb helyezkedik el a csoportban egy fém, annál valószínűbb, hogy elveszít egy elektront.
Amint ahogy a fémek, úgy a nemfémek is némileg különböznek tulajdonságaikban. Általános szabályként a kémiailag legaktívabb fémek a periódusos rendszer bal alsó régiójában, míg a kémiailag legaktívabb nemfémek a jobb felső régióban találhatók. A félfémek vagy metalloidok tulajdonságai a fémek és a nemfémek tulajdonságai között helyezkednek el.
Az elem ionizációs energiája az az energia, amely egy elektron eltávolításához szükséges egy egyedi atomból. Itt az M(g) egy gőzállapotú fémet jelöl.
Encyclopædia Britannica, Inc.
A fématomok elektronokat veszítenek a nemfémes atomokkal szemben, mivel a fémek jellemzően viszonylag alacsony ionizációs energiával rendelkeznek. A csoport alján lévő fémek könnyebben veszítenek elektronokat, mint a csoport tetején lévők. Vagyis az ionizációs energiák általában csökkennek, ha egy csoport tetejéről az aljára haladunk. A nemfémek, amelyek a periódusos rendszer jobb oldali régiójában találhatók, viszonylag nagy ionizációs energiával rendelkeznek, ezért hajlamosak elektronokat nyerni. Az ionizációs energiák általában nőnek, ha egy adott perióduson belül balról jobbra haladunk. Így a periódusos rendszer bal alsó régiójában előforduló elemek rendelkeznek a legkisebb ionizációs energiával (és ezért a kémiailag legaktívabb fémek), míg a periódusos rendszer jobb felső régiójában előforduló elemek rendelkeznek a legnagyobb ionizációs energiával (és ezért a kémiailag legaktívabb nemfémek).
Amint már említettük, amikor egy nemfémes elem reakcióba lép egy fémes elemmel, az elektronok a fém atomjairól átkerülnek a nemfém atomjaira, pozitív ionokat (kationokat), illetve negatív ionokat (anionokat) képezve. Így ionos vegyület keletkezik. Például a lítium és a fluor (F) reakciójában lítium-fluorid (LiF) keletkezik, amely Li+ és F- ionokat tartalmaz.
Ezzel szemben, amikor két nemfémes elem reakcióba lép, az atomok az elektronok megosztásával molekulákat alkotnak. Az atomok közötti elektronmegosztással létrejövő kötéseket kovalens kötéseknek nevezzük. Az elektronokat inkább megosztják, mint átadják, mivel a két nemfématom hasonló vonzóerővel rendelkezik a kötésben lévő elektronok számára. Például a fluorgáz F2 molekulákból áll, amelyekben a fluoratomok egy-egy elektronpár megosztásával kötődnek egymáshoz, amelyből mindkét atom egyet-egyet ad. Ezenkívül a hidrogén és a fluor reakcióban hidrogén-fluoridot képez, amely HF-molekulákat tartalmaz. A hidrogén- és a fluoratomok egy elektronpárral kötődnek egymáshoz, amelyből egy elektront a hidrogénatom, egyet pedig a fluoratom ad. Bár az elektronok megosztottak a hidrogén- és a fluoratom között, ebben az esetben nem egyenlően osztoznak. Ez abból derül ki, hogy a HF-molekula poláros; a hidrogénatom részleges pozitív töltéssel (δ+), míg a fluoratom részleges negatív töltéssel (δ-) rendelkezik: H-F
δ+ δ- (Ebben a példában a δ jel egynél kisebb számot jelöl.) Ez az elektromos polaritás azért alakul ki, mert a megosztott elektronok több időt töltenek a fluoratom közelében, mint a hidrogénatoméban. Vagyis a fluornak nagyobb affinitása van a megosztott elektronokhoz, mint a hidrogénnek. Ez poláros kovalens kötéshez vezet.
Azt a képességet, hogy egy atom vonzza a más atomokkal megosztott elektronokat, elektronegativitásnak nevezzük. A különböző atomok relatív elektronegativitását az adott atomokat érintő kötések polaritásának mérésével lehet meghatározni. A legnagyobb elektronegativitási értékkel a fluor rendelkezik (4,0 a Pauling-skála szerint), a legkisebb értékkel a cézium és a francium (0,79, illetve 0,7). Általában a nemfém atomok elektronegativitása nagyobb, mint a fématomoké. A periódusos rendszerben az elektronegativitás jellemzően növekszik a perióduson átmenve, és csökken a csoporton lefelé haladva. Amikor nagyon eltérő elektronegativitású elemek (például a fluor és a cézium) reakcióba lépnek, egy vagy több elektron átadásával ionos vegyület jön létre. Például a cézium és a fluor reakciójában CsF keletkezik, amely Cs+ és F- ionokat tartalmaz. Amikor eltérő elektronegativitású nemfématomok reagálnak, poláros kovalens kötéssel rendelkező molekulákat alkotnak.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Egy másik fontos atomi tulajdonság az atomi méret. Az atomok mérete változó; az atomok általában hajlamosak arra, hogy a periódusos rendszerben egy csoporton lefelé haladva nagyobbak legyenek, és kisebbek, ha balról jobbra haladva haladunk egy perióduson keresztül.