تتكون المعادن، كبقية المركبات الكيماوية الأخرى، من العناصر الكيماوية، التي يعرف منها، حالياً، أكثر من 100 عنصر (). وبعض المعادن، مثل الذهب والكبريت، مكونة من عنصر واحد؛ ولكن غالبية المعادن مكونة من عناصر مترابطة، على شكل مركب كيماوي مستقر. ولكي نتعرّف الكيفية، التي يتحقق بها ترابط العناصر، لتكون مركبات، فلا بدّ من تعرّف الذرة، التي تُعَد أصغر جزء من المادة، ما زال يحافظ على خصائص العنصر.

أ. بناء الذرة

الذرات المفردة صغيرة جداً، حتى إنه لا يمكن معاينتها مباشرة. لذلك، فإن المعلومات المتاحة عن الذرة، لم تأتِ بالمعاينة المباشرة؛ وإنما بالدلائل التجريبية، والنماذج الرياضية. ويمثّل () أنموذجاً مبسطاً لبناء الذرة. فكل ذرة لها منطقة وسطية، تسمى النواة Nucleus ، تحتوي على أجسام عالية الكثافة، موجبة الشحنة، تسمى بروتونات Protons ؛ وأجسام أخرى عالية الكثافة كذلك، إلا أنها متعادلة الشحنة، تدعى نيترونات Neutrons . ويدور حول النواة، في مجالات محددة، أجسام سالبة الشحنة، تسمى إلكترونات Electrons ؛ بيد أن هذه الإلكترونات، ليست مثل الكواكب، التي تدور حول الشمس؛ وإنما هي تتحرك بسرعة عالية، إلى درجة أنه لا يمكن تحديد مواقعها، في وقت معيّن. لذلك، يكون من المجدي تصور سحابة من الإلكترونات تحيط بالنواة. ومن المعروف، أن هناك إلكترونات محددة، تقع على مسافات محددة من النواة، في مناطق تسمى أغلفة مستويات الطاقة Energy-level shells ؛ وكلُّ غلاف منها، يستوعب عدداً محدداً من الإلكترونات.

ويُحدد عدد البروتونات، الموجودة في النواة، الرقم الذري Atomic number ، واسم العنصر الكيماوي. فكلّ الذرات، التي تحتوي على ثمانية بروتونات في نواتها، تكون ذرات أكسجين، وكل الذرات التي تحتوي على أحد عشر بروتوناً في نواتها تكون صوديوم. ولأن عدد البروتونات الموجبة الشحنة، في نواة كلِّ ذرة، يساوي عدد الإلكترونات السالبة الشحنة، في الأغلفة حول النواة؛ ولأن النيترونات متعادلة الشحنة ـ فإن الذرة تكون متعادلة الشحنة.

وتوزَّع الإلكترونات على مستويات الطاقة أو الأغلفة توزيعاً نظامياً، تُملأ فيه مستويات الطاقة الدنيا، أولاً، إلى حدّ سعتها، ثم تملأ المستويات، التي تليها، قدر سعتها كاملة، وهكذا. ومستوى الطاقة الأول، أو الغلاف الأول، الموالي لنواة الذرة، طاقته الاستيعابية إلكترونات. بينما بعض الأغلفة الأخرى، تكون طاقتها الاستيعابية ثمانية إلكترونات أو أكثر. إلا أن الغلاف الخارجي (أقصى غلاف من النواة) لا يستوعب إلا ثمانية إلكترونات بحد أقصى. وتكون هذه الإلكترونات، الموجودة في الغلاف الخارجي، هي، عادة، المسؤولة عن الترابط الكيماوي بين الذرات.