ธาตุเคมี คือ อนุภาคมูลฐานของสสารหรือสารต่างๆที่ไม่อาจแบ่งแยกหรือเปลี่ยนแปลงให้เป็นสสารอื่นได้อนุภาคที่เล็กที่สุดของธาตุเรียกว่า อะตอม ซึ่งประกอบด้วยอิเล็กตรอนวิ่งวนรอบนิวเคลียสที่ประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน

เลขอะตอมของธาตุ (ใช้สัญลักษณ์ Z) คือ จำนวนของโปรตอนในอะตอมของธาตุ ตัวอย่างเช่น เลขอะตอมของธาตุคาร์บอน นั้นคือ 6 ซึ่งหมายความว่า อะตอมของคาร์บอนนั้นมีโปรตอนอยู่ 6 ตัว ทุกๆอะตอมของธาตุเดียวกันจะมีเลขอะตอมเท่ากันเสมอ ซึ่งก็คือมีจำนวนโปรตอนเท่าๆกัน แต่อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันอาจมีจำนวนนิวตรอนไม่เท่ากัน ซึ่งเรียกว่า ไอโซโทปของธาตุ มวลของอะตอม (ใช้สัญลักษณ์ A) นั้นวัดเป็นหน่วยมวลอะตอม (unified atomic mass units; ใช้สัญลักษณ์ u) ซึ่งเท่ากับผลรวมของจำนวนโปรตอน และ นิวตรอนในนิวเคลียสของอะตอม ธาตุบางประเภทนั้นจะเป็นสารกัมมันตรังสี และมีการเปลี่ยนแปลงเป็นธาตุชนิดอื่น เนื่องจากการสลายตัวทางกัมมันตภาพรังสี

ธาตุที่เบาที่สุดคือ ไฮโดรเจน และ ฮีเลียม ซึ่งเป็นสองธาตุแรกสุดที่เกิดขึ้นในกระบวนการบิ๊กแบง ธาตุอื่นๆนั้นเกิดขึ้นตามธรรมชาติหรือสร้างขึ้นด้วยมนุษย์ด้วยวิธีการต่าง ๆ ในการสังเคราะห์นิวเคลียส

จนถึงปี ค.ศ. 2004 มีธาตุที่ถูกค้นพบทั้งหมด 116 ธาตุ (ดู ตารางธาตุ) ในจำนวนนี้มี 91 ธาตุที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ส่วน 25 ธาตุที่เหลือนั้นเป็นธาตุที่ถูกสร้างขึ้น โดยธาตุแรกที่ถูกสร้างขึ้นคือเทคนีเชียม ในปี ค.ศ. 1937 ธาตุที่ถูกสร้างขึ้นนี้ ทั้งหมดเป็นธาตุกัมมันตภาพรังสี ที่มีระยะครึ่งชีวิตที่สั้น ดังนั้นธาตุเหล่านี้ที่เกิดขึ้นมาพร้อมกับโลกนั้น ก็ได้สลายตัวไปหมดแล้ว

อะตอมของธาตุเดียวกันที่มีจำนวนนิวตรอนไม่เท่ากันนั้นจะเรียกว่าเป็น ไอโซโทปของธาตุนั้น