元素周期表

較早的系統化元素列表

1789年，安托萬·拉瓦錫發布了包括33種化學元素的列表。拉瓦錫將元素歸類為氣體、金屬、非金屬和土質，而化學家在之後的一個世紀裡一直尋找更準確的分類方式。1829年，約翰·德貝萊納觀察到許多元素能根據化學特性三個成組，例如鋰、鈉和鉀便能歸為軟而活性的金屬。德貝萊納也發現，當每組的三個元素按原子量排列時，第二個元素往往大約是第一和第三個元素的平均。這之後被稱為三耦律。德國化學家利奧波德·蓋墨林使用這個系統，直到1843年已辨認出三個一組的10組，四個一組的3組，以及五個一組的1組。讓-巴蒂斯特·杜馬於1857年發表他的成果，描述了不同金屬組之間的關係。雖然許多化學家能夠找到小組元素之間的關係，但他們仍沒有發展出一套能涵蓋所有元素的系統。
德國化學家奧古斯特·凱庫勒曾於1858年觀察到碳通常和其他元素以1比4的比例結合，如擁有1個碳原子和4個氫原子的甲烷。這個概念最後被稱為化合價。1864年，德國化學家尤利烏斯·洛塔爾·邁耶爾發表了一張以化合價排列的元素表，包括了49個當時已知的元素。從該表能看出，擁有相似特性的元素一般有相同的化合價。
英國化學家約翰·紐蘭茲在1864至1865年間攢寫了一連串的論文，描述他自己的一套元素歸類方式：當元素根據原子量從輕至重排列後，相似的物理及化學特性以每8個元素的週期重復，他將此比喻為音樂中的八度。這所謂的「八週期律」卻受到人們的諷刺，而化學學會也拒絕發布他的研究。不過，紐蘭茲能夠畫出一張元素列表，並以此預測了新的元素，如鍺。化學學會在承認了門得列夫的成果五年之後才承認紐蘭茲的發現的重要性。

門得列夫的週期表

俄羅斯化學教授德米特里·門得列夫和德國化學家尤利烏斯·洛塔爾·邁耶爾分別在1869和1870年獨立發表了他們的週期表。他們的週期表格式相似：以原子量橫向或豎向排列元素，並在元素特性重復時另開行列。門得列夫的列表的成功是由於兩點：首先他在表中留下空格，對應於還沒有發現的元素。門得列夫並不是第一位這樣做的化學家，但他是第一位通過週期表中的趨勢預測未知元素（如鎵和鍺）的特性的人。第二，他決定有時不按原子量排序，而與相鄰的元素互換，如鈷和鎳，以此將元素依照化學族分類。之後，在1913年亨利·莫塞萊利用實驗決定了原子的核子電量（原子序），發現原來元素週期表應該按照原子序排列。

進一步的發展

門得列夫創造元素週期表後，化學家不斷在自然界中發現新的元素，填補當初的空格。一般認為最後一個發現的自然元素是鍅（門得列夫稱之為eka銫），發現於1939年。然而，1940年合成的鈽在1971年被發現少量地自然產生。
隨著有關原子內電子組態的量子力學理論的發展，人們發現週期表中的每一橫行（週期）對應於填充一個電子殻層。在門得列夫最初的週期表中，每個週期的長度均等。但是，由於更大的原子擁有更多的電子支殼層，現代的週期表中較下的週期長度較長。
通過製造超鈾元素，週期表經過極大的擴充，從1939年合成的錼開始。由於許多的超鈾元素都高度不穩定並很快經歷核衰變，因此這些元素在產生後的探測十分困難。最新命名的元素為Nh、Mc、Ts和Og，於2016年11月28日正式獲得認可，中文分別譯作鉨、鏌、鿬和鿫。

排版

在現代的週期表中，元素根據原子序的順序從左至右排列，並在每個惰性氣體後另開一橫行。新一橫行的第一個元素一定是鹼金屬，其原子序比前一個惰性氣體大一（例如，惰性氣體氪的原子序為36，而新一橫行始於鹼金屬銣，原子序為37）。目前表中沒有任何空格，因為從氫到Og的所有元素都已被發現。由於元素均以原子序順序編號，因此在提到一系列元素時，往往會使用「鐵至鋅」、「鈾之後」等字詞。「輕」和「重」也會非正式地用於表示元素的相對原子序（而非密度），如「比碳輕」和「比鉛重」等，然而元素的質量並不一定隨著原子序增加。如52號元素碲的平均重量比53號的碘要高。
氫和氦經常被放置在與它們根據電子組態似乎應在的區塊不同的位置。氫通常在鋰之上，但有時也會在氟甚至碳之上。氦則幾乎永遠在氖之上，因為兩者的化學特性十分相似。
直到質子和中子被發現和瞭解了之前，週期表中元素根據原子序排列這一規則並沒有重要性。門得列夫的週期表採用的排列方式是根據原子量，因為原子量的測量在當時已有一定的準確性。在絕大多數情況下，這一規則能對元素特性給出比當時所有其他理論都好得多的預測。在明白並沿用了原子序之後，元素的排列有了確切的整數依據，在能夠人工合成新元素的今天仍被廣泛地使用。

族

「族」指的是週期表中的一縱行，並且是最重要的元素分類方法。在某些族裡，各個元素之間有著相近的特性，並隨著質量的增加有明顯的趨勢。根據國際命名系統，各族從左至右標1（鹼金屬）至18（惰性氣體）。舊有的命名系統在歐洲和美國有所差別（本節中的週期表用了舊有的美國命名系統）。
某些族還有非系統命名，如鹼金屬、鹼土金屬、鹵素、氮族元素、氧族元素和惰性氣體。但是其他的族，如7族元素，並沒有額外的名稱，因為這些族中元素特性的相似度不高，或趨勢並不明顯。
現代量子力學理論通過假設同一族中的元素在價電子殼層的組態相同，能夠解釋許多的族內趨勢。
同族的元素在原子半徑、電離能及負電性都有相同的模式。從上到下，族內元素的原子半徑增加。由於填滿的能級更多，因此價電子距離原子核更遠。而元素的電離能則有下降的趨勢，因為越遠的電子越容易被移除。同樣，負電性亦會下降，因為價電子和原子核的距離更遠。

週期

「週期」指的是週期表中的一橫行。雖然族是最常見的分類方法，但是有些元素的橫向趨勢比豎向趨勢更為明顯，如f區塊中橫向的鑭系元素和錒系元素。
同一週期的元素在原子半徑、電離能、電子親和能及負電性都有趨勢。週期中從左至右的元素原子半徑一般降低，因為額外的一顆質子和一顆電子使電子距離原子核更近。下降的原子半徑也使電離能的增加，因為越緊的原子中所需移除電子的能量就越高。同樣，更接近原子核的電子使元素的負電性增加。一個週期中，電子親和能也有一點趨勢：左邊金屬一般比右邊非金屬的電子親和能高，惰性氣體除外。

區塊

由於外層電子殼層的重要性，因此週期表中不同的區域有時被稱為「區塊」，根據最後一顆電子所在的支殼層命名。首先，s區塊包括首兩族（鹼金屬和鹼土金屬），再加上氫和氦；p區塊包括13至18族，其中包含了所有的類金屬；d區塊包含3至12族，其中包含所有的過渡金屬；f區塊通常整個顯示在週期表的下方，包含所有的鑭系元素和錒系元素。

變化

鑭系元素和錒系元素兩橫行一般顯示在週期表主體的下方，並在主體中留空兩格，或以兩個元素代替（鑭或鎦，及錒或鐒），分別置於鋇和鉿之間，及鐳和鑪之間。這項慣例的實行完全是因排版格式的緣故，而另一種不甚常見的週期表將鑭系元素和錒系元素置於主體中相應的位置上，作為週期表的第6及第7橫行。
許多週期表沿著類金屬畫一條深色階梯線，金屬位於左邊，而非金屬位於右邊。不同的元素分類有時也會表現在週期表上，如過渡金屬、貧金屬和類金屬。另外也存在非正式的分類，如鉑系元素和抗腐蝕金屬，但在週期表中甚少註明。

其他樣式的週期表

以上的週期表是最常用的一種， 但週期表也有其它的形式，除了各種矩形的之外，還包括圓形和圓柱體形的。這些週期表通常用以強調傳統週期表中並不明顯的元素特性。某些週期表注重於核子和電子結構，這能通過改變週期表中元素之間的相對位置來表現。另外的週期表強調人類提煉出純元素的時序。
一種常見的另類形式為沙爾·珍奈的左排週期表，其中的元素根據電子殼層的填充排列。其現代版本ADOMAH週期表有助找出元素的電子組態，並和傳統週期表呈90度角。當中的s區塊位於惰性氣體之後。
另一個常見的形式為Theodor Benfey的週期表，其中的元素以螺旋形排列。氫在中心，其它元素螺旋向外，而過渡金屬、鑭系元素和錒系元素為圖中的「半島」形。
另外還有三維的週期表，如Paul Giguere的週期表。四塊平板互相連接，各代表一個區塊，元素印在平板的正反面。氫和氦不在表內。

未來發展

儘管直到Og的所有元素都已被發現，但是只有直到𨭆（108）和鎶（112）有已知的物理和化學特性。其他的元素可能和趨勢所預計的有所不同，因為超重元素的相對論性效應。譬如鈇有可能是一個惰性氣體，雖然它屬於碳族元素。
目前未知新的元素是否會延續週期表的格式，成為第8週期元素，還是需要更改排列方式。格倫·西奧多·西博格預計第8週期有兩個s區塊元素Uue（119）和Ubn（120）、其後18個g區塊元素以及30個額外元素，延續已有的f、d和p區塊。另一方面，如Pekka Pyykkö等的某些物理學家提出，這些新的元素並不符合構造原理，並有著不同的電子組態原理，因此會影響在週期表中的排列方式。
理察·費曼表示粗略地理解相對論性狄拉克方程式得出的結論是，原子序大於137時，電子殼層會發生問題，所以在Uts之後不可能存在中性原子，根據電子組態整理的週期表在此處也因此瓦解。更嚴謹的分析得出極限在原子序等於137時發生。因此地137號元素又被稱為「費曼元素」