Elementler temelde atom ve kütle numarası ile tanımlanır. Canlılığın oluşumdan yer kabuklarının meydana gelmesine, uzay cisimlerinden teknolojik aletlere dek çevremizde gördüğümüz her şey elementlerden oluşmaktadır. Bu nedenle elementlerin tanımlanması teorik bir bilgiden ziyade hayatın tüm fonksiyonlarının sürdürülebilmesiyle ilgilidir.
İnsan nesli elementlerin ayırt edici özelliklerini başlangıçta görsel deneylerle fark etmiştir. Bu işlem genel olarak farklı materyallerin dış uyarıcılara (ısı, ışık, darbe ve basınç gibi) verdiği tepkilerle ölçülmüştür. Mikroskobik araçların gelişmesiyle nihayetinde elementlerin atomlardan oluştuğu tespit edilmiştir. Bu aşamadan sonraki süreç binlerce yıllık gelişimin onlarca katını yüzyıllar içerisinde gerçekleşmesini mümkün kılmıştır.
Kütle numarası maddenin miktarını ifade eder. Bu değişmez bir değerdir. Uzayın her yerinde bir elementin kütle numarası aynı sonucu verir. Burada karıştırılmaması gereken konu ise ağırlıktır. Bir maddenin kütlesi sabitken, ağırlık kütleye uygulanan yer çekim kuvvetiyle alakalıdır ( 80kg bir kişinin kütlesi uzayın her yerinde aynıdır; ancak ağırlığı Ay'da Dünya'nın 1/6'sı kadardır.
Elementlerin tanımlanması uzun görsel deneylerle yetersiz sonuçlar alınan dönemin geride kalmasına işaret eder. Öte yandan element tanımlanması iki yöntemle yapılır. Atom çekirdeğinin etrafındaki protonlar sayılarak atom numarası elde edilir. Protonlarla beraber nötronların da toplanarak sayılması da kütle numarası olarak adlandırılır.
Kütle numarasının karıştırılan bir diğer olgu da atom numarasıdır. Atom numarası elementin eşsiz kimliğini temsil eder. Eşit sayıda proton hiçbir elementte mevcut değildir. Ancak kütle numaraları elementler arasında tesadüfi olarak eşit bulanabilir.
Kütle numarası elementin fiziksel büyüklüğünü ve ağırlığını tanımlar. Atom numarasındaki aynı sayıdaki protonlar sabitken nötron sayıları aynı elementte farklı olabilir. Buna o elementin "izotopları" denir.
Örneğin uranyum-235 ve uranyum-238 izotopları mevcuttur. Nötronlar arttıkça kütlesi artar ve element kararsızlaşır. Kararlı izotoplar radyasyon yaymaz. Kararsız izotoplarda ise radyoaktif aktivite görülür. Radyoaktif aktiviteye sahip izotoplar "radyoizotop" olarak adlandırılır.