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1963年2月初，《人民日報》《解放軍報》《中國青年報》等媒體相繼報道了雷鋒的事跡，同時摘發了雷鋒的部分日記。《解放軍報》還連續發了題為《像雷鋒那樣做毛主席的好戰士》等三篇社論。《解放軍報》原副總編輯、《雷鋒》雜志總編輯陶克少將表示，中國共產黨宣傳雷鋒事跡之初，就已嚴格核實過其事跡的真實性。1963年2月7日，《人民日報》大篇幅刊登雷鋒事跡當晚，國務院總理周恩來致電時任人民日報總編輯兼新華社社長吳冷西，表示雷鋒的事跡可能會在全國產生很大影響，要求核準事實。此后，中宣部、解放軍總政治部、共青團中央、沈陽軍區和雷鋒生前所在部隊，聯合組織了三個調查組分赴雷鋒的部隊、家鄉等地，對登過報紙的事實和細節進行核對。當時中央關于雷鋒的宣傳紀律中還有“宣傳雷鋒誰造假，開除誰的黨籍”的嚴規。毛澤東讀了這些報道后，對時任國務院副總理、總參謀長的羅瑞卿說：“雷鋒值得學習啊！向雷鋒學習，也包括我自己，我也向雷鋒學習。”這是毛澤東第一次講雷鋒。1963年2月9日，總政治部向全軍發出通知，號召全軍開展宣傳和學習雷鋒同志模范事跡活動。1963年2月15日，團中央做出決定，在全國青年中開展學習雷鋒活動。《中國青年》雜志決定出一期學雷鋒專輯，提出了請毛澤東和周恩來題詞的設想，毛澤東讓其秘書林克先擬幾句話作為題詞參考。但毛澤東最終沒有用林克擬寫的話，而是開門見山題下了“向雷鋒同志學習”七個字。毛澤東對林克解釋為何如此選擇題詞時說：“學雷鋒不是學他哪一兩件先進事跡，也不只是學他的某一方面的優點，而是要學他的好思想、好作風、好品德；學習他長期一貫地做好事，而不做壞事；學習他一切從人民的利益出發，全心全意為人民服務的精神。當然，學雷鋒要實事求是，扎扎實實，講究實效，不要搞形式主義。不但普通干部、群眾學雷鋒，領導干部要帶頭學，才能形成好風氣。”1963年3月2日，《中國青年》雜志首先刊登了毛澤東主席“向雷鋒同志學習”的題詞。3月5日，《人民日報》、《解放軍報》、《光明日報》、《中國青年報》等都刊登了毛澤東的題詞手跡，黨和國家領導人也為雷鋒題詞。從此開始了黨內外、全國各族人民學習雷鋒的熱潮，雷鋒的故鄉湖南長沙和雷鋒的犧牲地撫順于1960年代中后期分別建起了雷鋒紀念館以茲紀念。
1963年5月6日至12日，在杭州召開部分中央政治局委員和大區中央局書記參加的會議，即“杭州會議”，討論《中共中央關于目前農村工作中若干問題的決定(草案)》。1963年5月11日，毛澤東在會上重點談調查研究問題，同時談到了哲學問題，說：“為了造成調查研究的風氣，做好我們的工作，各級黨委要在日常工作中講哲學，對干部進行馬克思主義認識論的教育，要讓哲學從哲學家的課堂上和書本里解放出來，變成群眾手里的尖銳武器。哲學并不難，不要把哲學看得那么神秘，哲學是可以學到的。我看過雷鋒一部分日記，這個人就懂得一點哲學。”
在沈陽軍區抗敵話劇團排演的話劇《雷鋒》基礎上，八一電影制片廠根據周恩來的指示創作了電影《雷鋒》，1965年3月5日在全國公映。
湖南長沙市望城區雷鋒紀念館
浙江慈溪觀城中學宿舍外標語「贈人玫瑰手有余香，學習雷鋒助我成長」
學雷鋒是中共大力推行的政治教育活動，屬于馬列主義毛澤東思想教育、黨的知識教育、共產主義道德教育的一部分，目的為加強護其核心權威力量，培養軍隊、少先隊、共青團、中共黨員、干部，乃至全國人民，忠于祖國、忠于人民、忠于黨的情操，和熱愛黨、熱愛祖國、熱愛社會主義（“三熱愛”）緊密相關。因此中共中央辦公廳、中共中央宣傳部、解放軍總政治部都曾發紅頭文件要求學習雷鋒，實現社會安定。解放軍總政治部多次通知要求全軍以雷鋒為榜樣，牢記“忠于黨、忠于人民、忠于國家、忠于社會主義” 的總要求。
1960年雷鋒給戰友王延堂送飯盒。（根據雷鋒1960年10月21日的日記：“我發現王延堂同志坐在一旁看著大家吃午飯，他回答說，我今天早上吃了兩盒飯，沒有帶飯來。于是我拿出了自己帶的一盒飯給他吃，我雖然餓一點，讓他吃得飽飽的，這是我最大的快樂……”）
雷鋒去世后，被追認為全國優秀少先隊輔導員，遼寧發起了學習雷鋒的全省活動，撫順團市委10月23日發出《關于組織全市青少年參觀雷鋒展覽室，開展好階級教育的通知》。遼寧團省委編印了《毛主席好戰士》40萬冊，加印刊有雷鋒事跡的連環畫7萬張，同遼寧圖片社洗印了供基層搞小型展覽用的照片800套，推動全省學雷鋒。該活動受到當時的團中央第一書記胡耀邦的重視，并被立為高尚共產主義思想品質的榜樣，胡要求應該把這項活動作為目前進行共產主義教育的一項重要措施，要求全國各地團組織都應在1963年2月15日發出《關于在全國青少年中廣泛開展“學習雷鋒”的教育活動的通知》：“雷鋒同志的光輝一生，為我國青年樹立了一個具有堅定的無產階級立場和高尚的共產主義思想品德的榜樣，團中央認為各地團組織都應該參照遼寧的經驗，在青少年中廣泛開展‘學習雷鋒’的教育活動”。團中央機關刊物《中國青年》請毛澤東題詞。自此1963年開展學習雷鋒活動，把共產主義的理想、道德、情操教育融入“三好”活動之中。
雷鋒和撫順市建設街小學生合影。(根據雷鋒在擔任輔導員時經常利用休息時間到這個班參加孩子們的課外活動，補拍的)。
全國性學雷鋒活動始于毛澤東題詞“向雷鋒同志學習”。1963年3月5日的《人民日報》在第一版刊發毛澤東的題詞，第二版則刊登了羅瑞卿的文章“雷鋒之所以成為一個偉大戰士的最根本、最突出的一條，就是他反反復復地讀毛主席的書，老老實實地聽毛主席的話，時時刻刻按毛主席的指示辦事，一心一意做毛主席的好戰士”。3月5日成為全國學習雷鋒紀念日。1963年3月15日，共青團四川省委發出了《關于在全省青少年中廣泛、深入地開展學習雷鋒活動的通知》，要求“必須好好地讀毛主席的書，聽毛主席的話，按毛主席指示辦事”。1964年，羅瑞卿說“凡是毛主席著作學得好的單位和個人，工作就做得好。大慶油田是這樣，好八連和雷鋒、郭興福也是這樣”。1964年21期《中國青年》號召“向雷鋒同志學習”“老老實實聽毛主席的話”。由于林彪把學習雷鋒和學習毛著的目的歸結為“做毛主席的好戰士”，因此革命的標準從忠于事業、忠于人民，中間經過忠于黨，而最后變成忠于最高領袖個人，走向文化大革命。
1965年起，學校的思想政治教育以學習毛主席著作為中心，按照林彪“活學活用，學用結合，急用先學，立竿見影”的指示，人人寫學習筆記。涌現各種學雷鋒小組、學雷鋒做好人好事以及學雷鋒做無名英雄的事跡。1966年文化大革命開始后，把政治教材誣蔑為“封、資、修黑貨”，，對愛學習、守紀律的學生，視為“五分加綿羊”的修正主義苗子。
現在的學雷鋒運動，主要是通過學校發動學生以及部隊組織干部戰士進行的一種活動，主要是打掃、慰問之類，目的是為了學習“雷鋒精神”。活動的時間一般為雷鋒的生日、紀念日、學雷鋒日（3月5日）或某些特殊日子，活動一般只有一日（雷鋒日），有時稱“學雷鋒”做“一日雷鋒”。
1960年10月
《關于加強軍隊政治思想工作決議》
“兩憶三查”活動
1960年11月
沈陽軍區工程兵政治部
《關于在部隊中開展學雷鋒、趕雷鋒運動的指示》《關于運用雷鋒的典型事跡作活教材，配合部隊當前教育的報告》
1961年1月
《蘭州軍區黨委及軍區部隊工作團關于在連隊開展憶苦運動的經驗》
1961年1月14日
軍委工程兵政治部
《關于學習雷鋒同志的通報》
1962年1月14日
共青團撫順市委五屆二次委員（擴大）會議
《關于在全市青少年中以雷鋒為引線深入開展階級和階級斗爭教育的決定》
1963年1月18日
中共沈陽軍區委員會
《關于開展學習雷鋒運動的決定》
1963年2月15日
《關于在全國青少年中廣泛開展“學習雷鋒”的教育活動的通知》
大躍進后連續三年大饑荒
1963年3月5日
“向雷鋒同志學習”題詞
八屆十中全會：“加強青年的階級教育”
1963年3月11日
中共撫順市委
《關于響應毛主席及黨中央號召，進一步在全市深入開展學習雷鋒運動的決定》
1977年3月5日
《向雷鋒同志學習》
打倒四人幫，結束文化大革命
1977年7月21日
中國共產黨第十屆中央委員會
《中國共產黨第十屆中央委員會第三次全體會議公報》
迎接中共第十一次全國代表大會
1981年2月21日
《關于進一步開展學雷鋒樹新風活動的通知》
1989年12月25日
《關于加強和改進思想政治工作的十點意見》
六四事件，抵制資產階級自由化
1990年1月9日
《關于進一步開展學雷鋒精神做四有青年活動的通知》
1990年2月15日
中共湖南省委、省政府、省軍區
《關于動員全省軍民深入學習雷鋒精神為社會主義建設和改革建功立業的通知》
1989年政治風波
1991年2月21日
《關于深入開展學雷鋒活動的意見》
1992年2月12日
共青團中央 全國青聯 全國學聯 全國少工委
團中央、國家教委、全國少工委
《關于表彰少先隊學雷鋒先進集體的決定》
2011年10月18日
《關于深化文化體制改革推動社會主義文化大發展大繁榮若干重大問題的決定》
中國共產黨第十七屆中央委員會第六次全體會議
2012年3月2日
《關于深入開展學雷鋒活動的意見》（中辦發〔2012〕7號）
王立軍事件，迎接黨的十八大，建設社會主義核心價值體系
2012年2月21日
《深入開展學雷鋒活動》（總工發201214號）
2012年2月22日
《關于在全國青少年中深入開展學雷鋒活動的實施意見》（中青發〔2012〕4號）
2012年2月27日
中央國家機關各部門機關黨委
《關于深入開展學雷鋒活動的通知》
2010年，郭明義被宣傳為“新時期的雷鋒傳人”。
2012年，繼大躍進、文革、六四以后的第四次學雷鋒高潮來臨，史無前例由中央辦公廳發出通知要求全國學雷鋒。中央軍事委員會副主席徐才厚指出通過學雷鋒切實加強對部隊的思想政治領導，確保部隊堅決聽從黨中央、中央軍委和胡錦濤指揮。
撫順市雷鋒紀念館中的雷鋒墓
1963年3月2日出版的《中國青年》雜志在學習雷鋒專輯中刊登了毛澤東、周恩來的題詞，董必武、郭沫若、羅瑞卿、謝覺哉等寫的詩和文章。
*毛澤東題詞：“向雷鋒同志學習。”
*周恩來題詞：“向雷鋒同志學習：憎愛分明的階級立場，言行一致的革命精神，公而忘私的共產主義風格，奮不顧身的無產階級斗志。”
*朱德題詞：“學習雷鋒，做毛主席的好戰士。”
*劉少奇題詞：“學習雷鋒同志平凡而偉大的共產主義精神。”
*林彪題詞：“讀毛主席的書，聽毛主席的話，照毛主席的指示辦事，做毛主席的好戰士。”
*鄧小平題詞：“誰愿當一個真正的共產主義者，就應該向雷鋒同志的品德和風格學習。”
*陳云題詞：“雷鋒同志是中國人民的好兒子，大家向他學習。”
*董必武題詩《歌詠雷鋒同志》：“有眾讀毛選，雷鋒特認真。不惟明字句，而且得精神。階級觀清楚，勤勞念樸純。螺絲釘不銹，歷史色長新。只作平凡事，皆成巨麗珍。普通一戰士，生活為人民。”
*賀敬之的《雷鋒之歌》：“看，站起來/你一個雷鋒/我們跟上去/十個雷鋒/百個雷鋒/千個雷鋒！……/升起來/你一座高峰/我們跟上去：十座高峰，百座高峰，千座高峰！──/千條山脈呵，萬道長城！……”
*郭沫若題詩《一把劈斷昆侖的寶劍》跋：“毛主席《念奴嬌·昆侖》一詞中，有句云‘安得倚天抽寶劍，把汝（崑崙）裁為三截’。我讀了《雷鋒日記摘抄》，感覺著雷鋒同志就像這樣一把寶劍。”（正文略）
*葉劍英1977年3月3日題詞：“向雷鋒同志學習，全心全意為人民服務。”
1989年之后掌權的中國共產黨“第三代領導人”在1990年一起為雷鋒題詞。
*中共中央總書記江澤民題詞：“學習雷鋒同志，弘揚雷鋒精神！”
*國家主席楊尚昆題詞：“全國人民都要向雷鋒同志學習，全心全意為人民服務，為建設具有中國特色的社會主義而努力！”
*國務院總理李鵬題詞：“在新形勢下把雷鋒精神進一步發揚光大，希望有更多的活雷鋒在中國涌現。”
*中共中央紀委書記喬石題詞：“學雷鋒精神，做人民公仆，努力建設具有中國特色的社會主義！”
*國務院副總理姚依林題詞：“發揚雷鋒精神，全心全意為人民服務！”
*中共中央政治局常委宋平題詞：“向雷鋒學習，做共產主義事業的接班人！”
*中共中央政治局常委李瑞環題詞：“雷鋒精神永放光芒！”
黨媒《新華網》專文《1959年雷鋒買手表和皮夾克，遭老領導寫信批評》稱雷鋒“穿著皮夾克、帶著瑞士手表，穿著呢子褲”，2013年，秦火火在新浪微博評論雷鋒生活奢侈等問題被認為是造謠而被逮捕，后被判刑坐牢。《東方早報》刊文《中將談雷鋒買瑞士手表：他是孤兒工資又高買得起》證實此事。《新華網》引述《新京報》專文稱雷鋒也有犯錯誤的時候，曾炫耀軍功章，不按時歸營，私自在廚房拿吃的等。
雷鋒在車場上組織戰友學習毛澤東選集。(根據雷鋒1960年寫在筆記本上的“入伍一年有感文稿中：我一定要抓緊點滴時間進行學習，做到書不離身，有空就掏出看一段，堅持做到邊學、邊想、邊改、邊運用……”補拍的)。
1960年11月，雷鋒被沈陽軍區樹為學習《毛澤東選集》的標兵，1961年2月，中國人民解放軍各部隊掀起了學習雷鋒的高潮，沈陽軍區決定由沈陽軍區政治部和雷鋒所在的10團籌辦雷鋒先進事跡巡回展覽，由于照片不足，他們決定擺拍（用“補拍”一詞，實際還是造假）一部分照片，沈陽軍區工程兵領導人為補拍雷鋒照片做出真實性的規定：拍攝照片必須真實，必須是雷鋒實實在在做過的好人好事。
參與《雷鋒的故事》創作的軍隊攝影記者張峻曾表示，從1960年11月26日在瀋陽軍區《前進報》上發表「毛主席的好戰士」文章後開始的。張峻回憶說，瀋陽軍區為了塑造雷鋒這個形象，專門為他成立了拍攝小組和日記指導小組，瀋陽軍區工程兵黨委還籌辦過《雷鋒同志先進事跡巡迴展覽》，並於1962年2月初組成了籌辦展覽的班子，擬出具體內容，並指定由張峻「補拍」部份照片，這些「補拍」照片是根據報導雷鋒的一些文章和所謂的文學作品如：《雷鋒日記》、《毛主席的好戰士》文章、雷鋒事跡等等的內容進行想像而產生的。兩年多時間裡，拍攝照片223張，平均每三天一張。
之所以有些雷鋒照片給人「造假」的感覺，例如有一張雷鋒白天打手電筒看《毛澤東選集》的照片等，就是因為這個原因。而民眾直到近年網路的出現，造假的內情才被公開，輿論一片嘩然。
一個署名“穆正新”的旅美人士近年在互聯網上發表多篇文章，提出多個疑點，如聲稱雷鋒日記涉嫌偽造，而偽造者就是雷鋒和沈陽軍區工兵十團。西方作者尼古拉斯·約翰認為雷鋒日記的偽造者是林彪，目的是在大躍進后改善毛澤東的形象。
「西點軍校學雷鋒」的謠言曾在中國大陸流傳，這個謠言起源於新華社記者李竹潤將外媒在1981年愚人節的惡作劇當成新聞傳播。
*《離開雷鋒的日子》（1996）
*《雷鋒在1959》（2013）
*關國煊：《雷鋒小傳》。載《傳記文學》93：1。
**恩斯特·臺爾曼（東德模範烈士）
* 學習雷鋒精神_時政_新華網
Nupedia于2000-08-15的存檔
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Nupedia的中間標誌
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自2000年3月9日至2003年9月26日為止，Nupedia共完成25個條目的評閱過程，其餘尚有74個條目在審定中。Nupedia 的內容版權最初採用自訂的Nupedia Open Content License，直至2001年1月才使用GNU自由文檔許可證。
與維基百科相比，Nupedia目前雖然已經關閉站點，但亦有來自維基百科郵件列表上的建議，提議將Nupedia建設成為一個收集比較成熟的維基百科文章的百科全書，只是此一提議並未被付諸實行。
*  NuNupedia測試網站
*  NuNupedia的資源工程頁面
*Python，蛇亞目蟒科中蟒屬的拉丁文學名。
*蒙提·派森，（Monty Pythons）一個英國喜劇劇團，以蒙提·派森的飛行馬戲團聞名于世。
*Python，一種直譯式、交互式、面向對象的計算機程序設計語言，由吉多·范羅蘇姆創建并以蒙提·派森的飛行馬戲團（''Monty Python's Flying Circus''）的名字命名。
*皮同，在希臘神話里，皮同是一條毒龍，牠是蓋亞的孩子，生活在德爾斐附近，后被太陽神阿波羅殺死。
*Python，一部由Richard Clabaugh主演、于2000年拍攝的恐怖電影。
侵華日軍遺棄在華化學毒劑泄漏事件，又稱8·4事件、 齊齊哈爾8·4毒氣事件，是2003年8月發生在中國黑龍江省齊齊哈爾市的化學物質中毒事件，事後追查確認為二次大戰期間侵華日軍所遺棄之化學毒劑泄漏及現場人員處理不當所引起。此事件是中華人民共和國成立以來中毒人數最多、危害最嚴重的侵華日軍遺留化學武器毒傷平民事件。
2003年8月4日凌晨4時，在中國黑龍江省齊齊哈爾市北疆花園工地施工的興記開發公司從地下兩米處掘出5個金屬桶，其中兩個已經破損。在挖掘過程中，造成一個金屬桶中的油狀溶劑外泄，滲入工地土中。
上午9時，4只金屬桶被賣到該市龍沙區鐵南廢品收購站，并在切割時造成內置油狀溶劑外泄，現場多人沾染。同時，發現該金屬桶的工地上被污染的土壤并轉運到多個地點，造成毒劑污染范圍進一步擴大。
至下午6時，多名毒劑沾染者開始出現中毒癥狀，致使當日即有29人住院接受治療。
8月6日，包括外交部、國防部、解放軍總參謀部的領導及防化專家抵達齊齊哈爾。經考察：
# 金屬桶的尺寸、形狀、容積、重量的參數都與國際上已經公認的侵華日軍的毒劑裝置一致；
# 金屬桶的各項參數以及桶內毒劑成分、濃度與日本政府已經承認的在中國境內發現的毒劑桶一致；
# 發現金屬桶的位置曾是侵華日軍的彈藥庫，從桶壁的腐爛程度上可以推斷出，桶的埋藏時間符合侵華日軍所在中國的時間；
專家組一致認定，誘發本次事故的5個金屬桶為日本侵華戰爭期間遺棄在中國的化學武器，其中裝有的不明化學物品為芥子毒氣。
起初，日方不承認是日本遺留的化學武器。其理由是現場發現的桶比記錄的桶少一個螺絲。經過日方派去的專家調查，承認是其日本遺留的化學武器。
8月12日，日本外務省發言人發表談話表示，日本政府承認本月4日在中國齊齊哈爾市發生的化學毒劑傷人事件是原日軍遺棄的化學武器所致，并對受害者表示慰問。
8月14日，在日本東京，開放了熱線電話(03) 5396-6067，從民間查找關于第二次世界大戰末期日軍藏匿化學武器的信息，開放當天即接到15個電話。
到8月17日，正式確認的受害者達到43人，情況危急者從最初的八人減為一人。
8月21日，重患李貴珍終因多器官衰竭，搶救無效，于20時55分死亡。李貴珍是于8月4日22時被送入解放軍第203醫院，當時既被診斷為95%皮膚深2度燒傷，重度眼燒傷，重度吸入性呼吸道損傷，生血功能消逝。
此事件是中華人民共和國成立以來中毒人數最多、危害最嚴重的侵華日軍遺留化學武器毒傷平民事件。事件使日本遺棄在華化學武器問題浮出水面，并很快上升到外交層面。8月11日，中國外交部長李肇星與日本外相川口順子會談時提及，此事關系到中國人民的健康、安全和感情，日方應高度重視，承擔責任，妥善處理。日本政府隨后派出外務省4人代表團赴齊齊哈爾，并于8月14日和8月16日先后派6人毒劑封存專家團和7人醫療專家團趕赴齊齊哈爾。
因代理“8·4事件”受害者對日索賠訴訟而多次前往日本的中方律師羅麗娟表示，訪日期間向在野黨提起化武受害者的情況時，許多在野黨黨員都很驚訝，連他們也從來不知道受害者的情況有這么嚴重。“國會開會時他們還質詢過化武問題為什么處理得如此緩慢。可惜他們只是在野黨。”
早在事件發生前兩年（2001年），時任齊齊哈爾市市長楊毅為了發展該市的經濟潛力，欲開發二戰期間日本軍事建筑設施方面的旅游項目。所以請有關部門，包括軍方化武專家，對該市的日軍軍用設施進行了一次考察。其中對工人文化宮的地下軍事建筑有了比較詳細的記錄。其地下軍事建筑可以延伸到富拉爾基區、昂昂溪區以及大黑包等地均有出入口。而在進入工人文化宮的地下建筑后，發現其地下已經滲水，且水面有黃色漂浮物。根據當時市政府調查記錄，其黃色漂浮物為芥子毒氣。在考察后，便及時封死出入口，嚴禁任何人進入。
根據早先記錄和民間流傳，日本在戰敗后，將大批軍用物資掩埋或銷毀。1949年以后確實有過幾次規模不大軍火發現。而毒氣彈據說有眾多的銷毀場地。其中齊齊哈爾市江橋為比較大的銷毀地區。據說河床底下就有眾多毒氣彈，其危害可想而知。日本一些在華投資者可以拿著抗戰時期的地圖找到任何一處地下軍事建筑。齊齊哈爾市第一機床廠股份有限公司就遇到過這樣的日本商人。
*  齊齊哈爾發生侵華日軍遺棄毒氣泄漏事故（組圖）
*  鐵證如山 齊齊哈爾侵華日軍毒劑傷人事件回顧
*  侵華日軍在中國18個省投放化學武器地點示意圖
*  中方專家再次確認毒劑桶為侵華日軍遺留（組圖）
*  權威專家談生化武器--芥子氣（組圖）
*  中日律師團愿為受害者提供法律援助
*  日本承認齊齊哈爾毒劑傷人系日軍化學武器所致
*  新聞背景：日本遺棄在華化學武器問題的由來
*  窒息的回憶：侵華日軍化學戰備忘錄（上）
*  窒息的回憶：侵華日軍化學戰備忘錄（下）
氦原子結構示意圖。圖中灰階顯示對應電子雲於1s原子軌域之機率密度函數的積分強度。而原子核僅為示意，質子以粉紅色、中子以紫色表示。事實上，原子核（與其中之核子的波函數）也是球型對稱的。 （對於更複雜的原子核則非如此）
化學元素可分割的最小單元
≈ 1.67 × 10-27至4.52 × 10-25 kg
0（當原子的電子數與質子數相等時）
50 pm（H）至520 pm（Cs）
可觀測宇宙中的原子總數：
原子是化學變化中最小的粒子，也是元素保持其化學性質的最小單位。一個正原子包含有一個緻密的原子核及若干圍繞在原子核周圍帶負電的電子。而負原子的原子核帶負電，周圍的負電子帶「正電」。正原子的原子核由帶正電的質子和電中性的中子組成。負原子的原子核中的反質子帶負電，從而使負原子的原子核帶負電。當質子數與電子數相同時，這個原子就是電中性的；否則，就是帶有正電荷或者負電荷的離子。根據質子和中子數量的不同，原子的類型也不同：質子數決定了該原子屬於哪一種元素，而中子數則確定了該原子是此元素的哪一個同位素。
原子的英文名（Atom）是從希臘語（atomos，“不可切分的”）轉化而來。很早以前，希臘和印度的哲學家就提出了原子的不可切分的概念。 17和18世紀時，化學家發現了物理學的根據：對於某些物質，不能通過化學手段將其繼續的分解。 19世紀晚期和20世紀早期，物理學家發現了亞原子粒子以及原子的內部結構，由此證明原子並不是不能進一步切分。 量子力學原理能夠為原子提供很好的模型。
與日常體驗相比，原子是一個極小的物體，其質量也很微小，以至於只能通過一些特殊的儀器才能觀測到單個的原子，例如掃描隧道顯微鏡。原子的99.9%的重量集中在原子核，其中的質子和中子有著相近的質量。每一種元素至少有一種不穩定的同位素，可以進行放射性衰變。這直接導致核轉化，即原子核中的中子數或質子數發生變化。 原子佔據一組穩定的能級，或者稱為軌道。當它們吸收和放出中子的時候，中子也可以在不同能級之間跳躍，此時吸收或放出原子的能量與能級之間的能量差相等。電子決定了一個元素的化學屬性，並且對中子的磁性有著很大的影響。
大約在兩千五百年前，希臘哲學家對物質的組成問題爭論不休。原子派認為物質在被無數次地分割之后，最終會小到無法分割。原子（atom）一詞源自希臘語，意思是“不可分割”。在1803年到1807年之間，英國化學家道爾頓發展了這些觀點并將它用在它的原子學說中。他相信原子既不能被創造也不能被消滅。任何一個元素里所含的原子都是一樣的。
關于物質是由離散單元組成且能夠被任意的分割的概念流傳了幾千年，但這些想法只是基于抽象的、哲學的推理，而非實驗和實證觀察。隨著時間的推移以及文化及學派的轉變，哲學上原子的性質也有著很大的改變而這種改變往往還帶有一些精神因素。盡管如此，對于原子的基本概念在數千年后仍然被化學家們采用，因為它能夠很簡潔地闡述一些化學界的新發現。
原子論（英語：Atomism，來自古希臘語?τομον，atomos，含義為“不可分割”）是在一些古代傳統中發展出的一種自然哲學。原子論者將自然世界理論化為由兩基本部分所構成：不可分割的原子和空無的虛空（void）。原子論的創始人是古希臘人留基伯，他是德謨克利特的老師。古代學者在論及原子論時,通常是把他們倆人的學說混在一起的。留基伯的學說由他的學生德謨克利特發展和完善，因此德謨克利特被公認為原子論的主要代表。
原子論的主要內容是：宇宙的本原是原子和虛空，原子不可構造且永恒不變。原子有兩種屬性：大小和形狀。它們在數量上是無限的。原子按一定的形狀、次序和位置，在空無（empty）中通過移動和碰撞，結合和分離，與一個或多個其他原子相鉤結而形成聚簇（cluster）。不同形狀、排列和位置的聚簇構成世界上各種宏觀物質（substance）。德謨克利特認為，運用上述原子論的思想，就可以解釋世間萬物為什么會有重量、形狀、尺寸等客觀特性；不僅如此，他還認為，另一些特性，比如氣味，只有當一個物體的原子和人的鼻子互相作用時才顯示出來。
對原子概念的記述可以上溯到古印度和古希臘。有人將印度的耆那教的原子論認定為開創者大雄在公元前6世紀提出，并將與其同時代的彼浮陀伽旃延和順世派先驅阿夷陀翅舍欽婆羅的元素思想也稱為原子論。正理派和勝論派后來發展出了原子如何組合成更復雜物體的理論。在西方，對原子的記述出現在公元前5世紀留基伯和德謨克利特的著作中。對于印度文化影響希臘還是反之，亦或二者獨立演化是存在爭議的。
直到化學作為一門科學開始發展的時候，對原子才有了更進一步的理解。1661年，自然哲學家羅伯特·波義耳出版了《懷疑的化學家》一書，書中他聲稱物質是由不同的“微粒”或原子自由組合構成的，而并不是由諸如氣、土、火、水等基本元素構成。1789年，既是法國貴族，又是科學研究者的拉瓦錫定義了元素一詞，從此，元素就用來表示化學變化中的最小的單位。
1803年道爾頓創立科學原子論，并在1803年12月與1804年1月在英國皇家學會作關于原子論的演講，其中全面闡釋了他的原子論思想。其要點為：1.化學元素均由不可再分的微粒組成。這種微粒稱為原子。原子在一切化學變化中均保持其不可再分性。2.同一元素的所有原子，在質量和性質上都相同；不同元素的原子，在質量和性質上都不相同。3.不同的元素化合時，這些元素的原子按簡單整數比結合成化合物。盡管從現在的觀點來看，道爾頓的觀點是非常簡潔而有力的（當然存在著錯誤）但是由于實驗證據的缺乏和道爾頓表述的不力，這一觀點直到20世紀初才被廣泛接受。
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道爾頓的理想沒有涉及原子內部結構。隨后，在1897年，第一個亞原子粒子──電子，被發現。1911年，新西蘭物理學家盧瑟福發現每一個原子都含有一個比重很大并且帶正電的原子核，他隨後在1919年發現了原子核內部帶正電的質子。1932年不帶電的中子又被英國物理學家查德威克發現。現代化學認為原子由原子核及繞核旋轉的電子構成。原子核中含有許多質子和中子。質子和中子要比電子重約1836倍。質子的帶電量是一個單位的正電荷，電子是一個單位的負電荷，中子不帶電。
1803年，英語教師及自然哲學家約翰·道爾頓用原子的概念解釋了為什么不同元素總是呈整數倍反應，即倍比定律；也解釋了為什么某些氣體比另外一些更容易溶于水。他提出每一種元素只包含唯一一種原子，而這些原子相互結合起來就形成了化合物。
1827年，英國植物學家羅伯特·布朗在使用顯微鏡觀察水面上花粉的時候，發現它們進行著不規則運動，進一步證明了微粒學說。后來，這一現象被稱為為布朗運動。德紹兒克思在1877年提出這種現象是由于水分子的熱運動而導致的。1905年，愛因斯坦提出了第一個數學分析的方法，證明了這個猜想。
在關于陰極射線的工作中，物理學家約瑟夫·湯姆孫發現了電子以及它的亞原子特性，粉碎了一直以來認為原子不可再分的設想。湯姆孫認為電子是平均的分布在整個原子上的，就如同散布在一個均勻的正電荷的海洋之中，它們的負電荷與那些正電荷相互抵消。這也叫做梅子布丁模型。
然而，在1909年，在物理學家盧瑟福的指導下，研究者們用氦離子轟擊金箔。他們意外的發現有很小一部分離子的偏轉角度遠遠大于使用湯姆孫假設所預測值。盧瑟福根據這個金箔實驗的結果提出原子中大部分質量和正電荷都集中在位于原子中心的原子核當中，電子則像行星圍繞太陽一樣圍繞著原子核。帶正電的氦離子在穿越原子核附近時，就會被大角度的反射。
1913年，在進行有關對放射性衰變產物的實驗中，放射化學家弗雷德里克·索迪發現對于元素周期表中的每個位置，不僅僅只有一種原子。 瑪格麗特·陶德創造了同位素一詞，來表示同一種元素中不同種類的原子。在進行關于離子氣體的研究過程中，湯姆孫發明了一種新技術，可以用來分離不同的同位素，最終導致了穩定同位素的發現。
氫原子的玻爾模型，展示了一個電子在兩個固定軌道之間躍遷并釋放出一個特定頻率的光子。
與此同時，物理學家玻爾重新審視了盧瑟福的模型，他認為電子應該位于確定的軌道之中，并且能夠在不同軌道之間跳躍，而不是像先前認為那樣可以自由的向內或向外移動。電子在這些固定軌道間跳躍時，必須吸收或者釋放特定的能量。當熱源產生的一束光穿過棱鏡時，能夠產生一個多彩的光譜。應用軌道躍遷的理論就能夠很好的解釋光譜中存在的位置不變的線條。
1916年，吉爾伯特·路易斯發現化學鍵的本質就是兩個原子間電子的相互作用。眾所周之，元素的化學性質按照周期律反復的循環。1919年，美國化學家歐文·朗繆爾提出原子中的電子以某種性質相互連接或者說相互聚集。一組電子占有一個特定的電子層。
1926年，薛定諤使用路易·德布羅意于1924年提出的波粒二象性的假說，建立了一個原子的數學模型，用來將電子描述為一個三維波形。使用波形來描述電子的一個直接后果就是在數學上不能夠同時得到位置和動量的精確值，1926年，海森堡建立了相關的方程，這也就是后來著名的不確定性原理。這個概念描述的是，對于測量的某個位置，只能得到一個不確定的動量范圍，反之亦然。盡管這個模型很難想象，但它能夠解釋一些以前觀測到卻不能解釋的原子的性質，例如比氫更大的原子的譜線。因此，人們不再使用原子的行星模型，而更傾向于將原子軌道視為電子存在概率的區域。
質譜的發明使得科學家可以直接測量原子的準確質量。該設備通過使用一個磁體來彎曲一束離子，而偏轉量取決于原子的質荷比。弗朗西斯·阿斯頓使用質譜證實了同位素有著不同的質量，并且同位素間的質量差都為一個整數，這被稱為整數規則。1932年，詹姆斯·查德威克發現了中子，解釋了這一個問題。中子是一種中性的粒子，質量與質子相仿。同位素則被重新定義為有著相同質子數與不同中子數的元素。
1950年代，隨著粒子加速器及粒子探測器的發展，科學家們可以研究高能粒子間的碰撞。他們發現中子和質子是強子的一種，由更小的夸克微粒構成。核物理的標準模型也隨之發展，能夠成功的在亞原子水平解釋整個原子核以及亞原子粒子之間的相互作用。
1985年左右，朱棣文及其同事在貝爾實驗室開發了一種新技術，能夠使用激光來冷卻原子。威廉·丹尼爾·菲利普斯團隊設法將鈉原子置于一個磁阱中。這兩個技術加上由克洛德·科昂-唐努德日團隊基于多普勒效應開發的一種方法，可以將少量的原子冷卻至微開爾文的溫度范圍，這樣就可以對原子進行很高精度的研究，這也直接導致了玻色-愛因斯坦凝聚的發現。
歷史上，因為單個原子過于微小，被認為不能夠進行科學研究。最近，科學家已經成功使用一單個金屬原子與一個有機配體連接形成一個單電子晶體管。在一些實驗中，通過激光冷卻的方法將原子減速并捕獲，這些實驗能夠帶來對于物質更好的理解。
原子是由帶正電荷的原子核和帶負電荷的電子構成。原子核所帶的正電荷數（即核電荷數）與原子核外電子所帶的負電子數相等，故原子呈電中性。原子可以構成分子，也可以形成離子，也可以直接構成物質。
構成原子的三種粒子（質子、中子、電子）的基本數據：
1個質子帶1個單位正電荷
1個電子帶1個單位負電荷
質量（kg）
相對原子質量
盡管原子的英文名稱（atom）本意是不能被進一步分割的最小粒子，但是在現代科學領域，原子實際上包含了很多不同的亞原子粒子。它們分別是電子，質子和中子。氫原子和帶一個正電荷的氫離子例外，前者沒有中子，后者只有一個質子。
質子帶有一個正電荷，質量是電子質量的1836倍，為kg，然而部分質量可以轉化為原子結合能。中子不帶電荷，自由中子的質量是電子質量的1839倍，為kg。中子和質子的尺寸相仿，均在m這一數量級，但它們的表面并沒能精確定義。
在物理學標準模型理論中，質子和中子都由名叫夸克的基本粒子構成。夸克是費米子的一種，也是構成物質的兩個基本組分之一。另外一個基本組份被稱作是輕子，電子就是輕子的一種。夸克共有六種，每一種都帶有分數的電荷，不是就是。質子就是由兩個上夸克和一個下夸克組成，而中子則是由一個上夸克和兩個下夸克組成。這個區別就解釋了為什么中子和質子電荷和質量均有差別。夸克由強相互作用結合在一起的，由膠子作為中介。膠子是規范玻色子的一員，是一種用來傳遞力的基本粒子。
這個圖展示了不同同位素中，將核子連在一起所需要的能量。
原子核是原子中所有的質子和中子構成的，結合起來很小，它們一起也可以被稱為核子。質子帶正電荷，中子不顯電性，故原子核的正電荷由質子數決定。原子核的半徑約等于fm其中是核子的總數。原子半徑的數量級大約是105fm，因此原子核的半徑遠遠小于原子的半徑。核子被能在短距離上起作用的殘留強力束縛在一起。當距離小于2.5fm的時候，強力遠遠大于靜電力，因此它能夠克服帶正電的質子間的相互排斥。
同種元素的原子帶有相同數量的質子，這個數也被稱作原子序數。而對于某種特定的元素，中子數是可以變化的，這也就決定了該原子是這種元素的哪一種同位素。質子數量和中子數量決定了該原子是這種元素的哪一種核素。中子數決定了該原子的穩定程度，一些同位素能夠自發進行放射性衰變。
中子和質子都是費米子的一種，根據量子力學中的泡利不相容原理，不可能有完全相同的兩個費米子同時擁有一樣量子物理態。因此，原子核中的每一個質子都占用不同的能級，中子的情況也與此相同。不過泡利不相容原理并沒有禁止一個質子和一個中子擁有相同的量子態。
正電子（電子的反物質）以及一個電子中微子。|替代=
如果一個原子核的質子數和中子數不相同，那么該原子核很容易發生放射性衰變到一個更低的能級，并且使得質子數和中子數更加相近。因此，質子數和中子數相同或很相近的原子更加不容易衰變。然而，當原子序數逐漸增加時，因為質子之間的排斥力增強，需要更多的中子來使整個原子核變的穩定，所以對上述趨勢有所影響。因此，當原子序數大于20時，就不能找到一個質子數與中子數相等而又穩定的原子核了。隨著Z的增加，中子和質子的比例逐漸趨于1.5。
原子核中的質子數和中子數也是可以變化的，不過因為它們之間的力很強，所以需要很高的能量，當多個粒子聚集形成更重的原子核時，就會發生核聚變，例如兩個核之間的高能碰撞。在太陽的核心，質子需要3-10KeV的能量才能夠克服它們之間的相互排斥，也就是庫侖障壁，進而融合起來形成一個新的核。與此相反的過程是核裂變，在核裂變中，一個核通常是經過放射性衰變，分裂成為兩個更小的核。使用高能的亞原子粒子或光子轟擊也能夠改變原子核。如果在一個過程中，原子核中質子數發生了變化，則此原子就變成了另外一種元素的原子了。
如果核聚變后產生的原子核質量小于聚變前原子質量的總和，那么根據愛因斯坦的質能方程，這一些質量的差就作為能量被釋放了。這個差別實際是原子核之間的結合能。
對于兩個原子序數在鐵或鎳之前的原子核來說，它們之間的核聚變是一個放熱過程，也就是說過程釋放的能量大于將它們連在一起的能量。正是因為如此，才確保了恒星中的核聚變能夠自我維持。對于更重一些的原子來說，結合能開始減少，也就是說它們的核聚變會是一個吸熱過程。因此，這些更重的原子不能夠進行產能的核聚變，也就不能夠維持恒星的流體靜力平衡。
在一個原子中，電子和質子因為電磁力而相互吸引，也正是這個力將電子束縛在一個環繞著原子核的靜電位勢阱中，要從這個勢阱中逃逸則需要外部的能量。電子離原子核越近，吸引力則越大。因此，與外層電子相比，離核近的電子需要更多能量才能夠逃逸。
原子軌道則是一個描述了電子在核內的概率分布的數學方程。在實際中，只有一組離散的（或量子化的）軌道存在，其他可能的形式會很快的坍塌成一個更穩定的形式。這些軌道可以有一個或多個的環或節點，并且它們的大小，形狀和空間方向都有不同。
2p軌道中的每一個都有一個角節點，因此有特定的朝向。它們都有一個最小值點位于中心。
每一個原子軌道都對應一個電子的能級。電子可以通過吸收一個帶有足夠能量的光子而躍遷到一個更高的能級。同樣的，通過自發輻射，在高能級態的電子也可以躍遷回一個低能級態，釋放出光子。這些典型的能量，也就是不同量子態之間的能量差，可以用來解釋原子譜線。
在原子核中除去或增加一個電子所需要的能量遠遠小于核子的結合能，這些能量被稱為電子結合能。例如：奪去氫原子中基態電子只需要13.6eV。當電子數與質子數相等時，原子是電中性的。如果電子數大于或小于質子數時，該原子就會被稱為離子。原子最外層電子可以移動至相鄰的原子，也可以由兩個原子所共有。正是由于有了這種機理，原子才能夠鍵合形成分子或其他種類的化合物，例如離子或共價的網狀晶體。
根據定義，任意兩個有著相同質子數的原子屬于同一種元素，而有著相同質子數和不同中子數的則是同一種元素中不同的同位素。例如，所有的氫原子都只有一個質子，但氫原子的同位素有幾種，分別含有零個中子（氫-1，目前最常見的類型，有時也被稱為氕），一個中子（氘），兩個中子（氚）以及更多的中子。原子序數從1（氫）到118（Og）均為已知元素。對于所有原子序數大于82的同位素都有放射性。
地球上自然存在約339種核素，其中255種是穩定的，約占總數79%。80種元素含有一個或一個以上的穩定同位素。第43號元素、第61號元素及所有原子序數大于等于83的元素沒有穩定的同位素。有十六種元素只含有一個穩定的同位素，而擁有同位素最多的元素，錫，則有十個同位素。
同位素的穩定性不只受到質子數與中子數之比的影響，也受到所謂幻數的影響，實際上幻數就代表了全滿的量子層。這些量子層對應于原子核層模型中一組能級。在已知的269種穩定核素中，只有四個核素同時有著奇數個質子和奇數個中子。它們分別是：2H, 6Li, 10B和14N；對于放射性核素來說，也只有5種奇-奇核素的半衰期超過了一億年：40K, 50V, 138La,176Lu和180mTa。這是因為對于大多數奇-奇核素來說，很容易會發生β衰變，產生的更穩定的偶-偶核素。
因為原子質量的絕大部分是質子和中子的質量，所以質子和中子數量的總和叫做質量數。原子的靜止質量通常用統一原子質量單位（u）來表示，也被稱作道爾頓（Da）。這個單位被定義為電中性的碳12質量的十二分之一，約為千克。氫最輕的一個同位素氕是最輕的原子，重量約為1.007825u。一個原子的質量約是質量數與原子質量單位的乘積。最重的穩定原子是鉛-208，質量為207.9766521u。
就算是最重的原子，化學家也很難直接對其進行操作，所以它們通常使用另外一個單位，摩爾。摩爾的定義是對于任意一種元素，一摩爾總是含有同樣數量的原子，約為。因此，如果一個元素的原子質量為1u，一摩爾該原子的質量就為0.001kg，也就是1克。例如，碳的原子質量是12u，一摩爾碳的質量則是0.012kg。
原子并沒有一個精確定義的最外層，只有當兩個原子形成化學鍵后，通過測量兩個原子核間的距離，才能夠得到原子半徑的一個近似值。影響原子半徑的因素很多，包括在元素周期表上的位置，化學鍵的類型，周圍的原子數（配位數）以及自旋。在元素周期表中，原子的半徑變化的大體趨勢是自上而下增加，而從左至右減少。因此，最小的原子是氦，半徑為32pm；最大的原子是銫，半徑為225pm。因為這樣的尺寸遠遠小于可見光的波長（約400-700nm），所以不能夠通過光學顯微鏡來觀測它們。然而，使用掃描隧道顯微鏡我們能夠觀察到單個原子。
可以看到：原子的體積很小。一根人的頭發的直徑大約是一百萬個原子。一滴水則大約有二十米（2 \times 10^{21}）個氧原子以及兩倍的氫原子。一克拉鉆石重量為kg，含有約100垓個碳原子。如果蘋果被放大到地球的大小，那么蘋果中的原子大約就有原來蘋果那么大了。
這個圖表展示了含有Z個質子和N個中子的同位素的半衰期（T?），單位是秒
每一種元素都有一個或多個同位素擁有不穩定的原子核，從而能發生放射性衰變，在這個過程中，原子核可以釋放出粒子或電磁輻射。當原子核的半徑大于強力的作用半徑時，放射性衰變就可能發生，而強力的作用半徑僅為幾飛米。
最常見的放射性衰變如下：
* α衰變：原子核釋放一個α粒子，即含有兩個質子和兩個中子的氦原子核。衰變的結果是產生一個原子序數低一些的新元素。
* β衰變：弱相互作用的現象，過程中一個中子轉變成一個質子或者一個質子轉變成一個中子。前者伴隨著一個電子和一個反中微子的釋放，后者則釋放一個正電子和一個中微子。所釋放的電子或正電子被叫做β粒子。因此，β衰變能夠使得該原子的原子序數增加或減少一。
* γ衰變：原子核的能級降低，釋放出電磁波輻射，通常在釋放了α粒子或β粒子后發生。
其它比較罕見的放射性衰變還包括：釋放中子或質子，釋放核子團或電子團，通過內轉換產生高速的電子而非β射線以及高能的光子而非伽馬射線。
每一個放射性同位素都有一個特征衰變期間，即半衰期。半衰期就是一半樣品發生衰變所需要的時間。這是一種指數衰減，即樣品在每一個半衰期內恒定的衰變50%，換句話說，當兩次半衰期之后，就只剩下25%的起始同位素了。
基本微粒都有一個固有性質，就像在宏觀物理中圍繞質心旋轉的物體都有角動量一樣，在量子力學中被叫做自旋。但是嚴格來說，這些微粒僅僅是一些點，不能夠旋轉。自旋的單位是約化普朗克常數，電子、質子和中子的自旋都是?。在原子里，電子圍繞原子核運動，所以除了自旋，它們還有軌道角動量。而對于原子核來說，軌道角動量是起源于自身的自旋。
正如一個旋轉的帶電物體能夠產生磁場一樣，一個原子所產生的磁場，即它的磁矩，就是由這些不同的角動量決定的。然后，自旋對它的影響應該是最大的。因為電子的一個性質就是要符合泡利不相容原理，即不能有兩個位于同樣量子態的電子，所以當電子成對時，總是一個自旋朝上而另外一個自旋朝下。這樣，它們產生的磁場相互抵消。對于某些帶有偶數個電子的原子，總的磁偶極矩會被減少至零。
對于鐵磁性的元素，例如鐵，因為電子總數為奇數，所以會產生一個凈磁矩。同時，因為相鄰原子軌道重疊等原因，當未成對電子都朝向同一個方向時，體系的總能量最低，這個過程被稱為交換相互作用。當這些鐵磁性元素的磁動量都統一朝向后，整個材料就會擁有一個宏觀可以測量的磁場。順磁性材料中，在沒有外部磁場的情況下，原子磁矩都是隨機分布的；施加了外部磁場以后，所有原子都會統一朝向，產生磁場。
原子核也可以存在凈自旋。由于熱平衡，通常這些原子核都是隨機朝向的。但對于一些特定元素，例如氙-129，一部分核自旋也是可能被極化的，這個狀態被叫做超極化，在核磁共振成像中有很重要的應用。
原子中，電子的勢能與它離原子核的距離成反比。測量電子的勢能，通常的測量將讓該電子脫離原子所需要的能量，單位是電子伏特（eV）。在量子力學模型中，電子只能占據一組以原子核為中心的狀態，每一個狀態就對應于一個能級。最低的能級就被叫做基態，而更高的能級就被叫做激發態。
電子要在兩個能級之間躍遷的前提是它要吸收或者釋放能量，該能量還必須要和這兩個能級之間的能量差一致。因為釋放的光子能量只與光子的頻率有關，并且能級是不連續的，所以在電磁波譜中就會出現一些不連續的帶。每一個元素都有一個特征波譜，特征波譜取決于核電荷的多少，電子的填充情況，電子間的電磁相互作用以及一些其他的因素。
一個吸收譜線的例子：太陽的夫朗和斐譜線
當一束全譜的光經過一團氣體或者一團等離子體后，一些光子會被原子吸收，使得這些原子內的電子躍遷。而在激發態的電子則會自發的返回低能態，能量差作為光子被釋放至一個隨機的方向。前者就使那些原子有了類似于濾鏡的功能，觀測者在最后接收到的光譜中會發現一些黑色的吸收能帶。而后者能夠使那些與光線不在同一條直線上的觀察者觀察到一些不連續的譜線，實際就是那些原子的發射譜線。對這些譜線進行光譜學測量就能夠知道該物質的組成以及物理性質。
在對譜線進行了細致的分析后，科學家發現一些譜線有著精細結構的裂分。這是因為自旋與最外層電子運動間的相互作用，也被稱作自旋-軌道耦合。當原子位于外部磁場中時，譜線能夠裂分成三個或多個部分，這個現象被叫做塞曼效應，其原因是原子的磁矩及其電子與外部磁場的相互作用。一些原子擁有許多相同能級電子排布，因而只產生一條譜線。當這些原子被安置在外部磁場中時，這幾種電子排布的能級就有了一些細小的區別，這樣就出現了裂分。外部電場的存在也能導致類似的現象發生，被成為斯塔克效應。
如果一個電子在激發態，一個有著恰當能量的光子能夠使得該電子受激輻射，釋放出一個擁有相同能量的光子，其前提就是電子返回低能級所釋放出來的能量必須要與與之作用的光子的能量一致。此時，受激釋放的光子與原光子向同一個方向運動，也就是說這兩個光子的波是同步的。利用這個原理，人們設計出了激光，用來產生一束擁有很窄頻率相干光源。
單個原子的電子層最外層一般被稱為價層，其中的電子被稱為價電子。價電子的個數決定了這個原子與其他原子成鍵的性質。原子能發生化學反應的一個統一的趨勢是使得其價層全滿或者全空。
化學元素通常被寫在一個化學周期表中，用來表明它們有周期重復的一些化學性質。通常，擁有相同數量價電子的元素形成一組，在元素周期表中占相同的一列。而元素周期表中的橫排則與量子層的電子填充情況相對應。周期表最右邊的元素價層都是全滿的，因此它們在化學反應中表現出一定的惰性，被稱為惰性氣體。
玻色-愛因斯坦凝聚態形成的截圖。
物質很多不同的相態之中都存在原子，這些相態都由一定的物理條件所決定，例如溫度與壓強。通過改變這些條件，物質可以在固體、液體、氣體與等離子體之間轉換。在同一種相態中，物質也可以有不同的形態，例如固態的碳就有石墨和金剛石兩種形態。
當溫度很靠近絕對零度時，原子可以形成玻色-愛因斯坦凝聚態。這些超冷的原子可以被視為一個超原子，使得科學家可以研究量子力學的一些基本原理。
Au（100）的單個金原子。
掃描隧道顯微鏡是用來在原子水平觀測物體表面的一種儀器。它利用了量子穿隧效應，使得電子能夠穿越一些平時不能夠克服的障礙。在操作中，電子能夠隧穿介于兩個平面金屬電極之間的真空。每一個電極表面吸附有一個原子，使得穿隧電流密度大到可以測量。保持電流恒定，隨著掃描的進行，可以得到一個探針末端的上下位移與橫向位移之間的關系圖。計算證明掃描隧道顯微鏡所得到的顯微圖像能夠分辨出單個原子。在低偏差的情況下，顯微圖像顯示的是對相近能級的電子軌道的一種空間平均后的尺寸，這些相近的能級也就是費米能中的局部態密度。
當原子失去一個電子時，該原子就被電離了。這一個多余的電荷就使其在磁場中運行的軌跡發生偏折。這個偏轉角度是由原子的質量所決定的。質譜儀就利用了這個原理來測定離子的質荷比。如果一個樣品里面有多種同位素，質譜可以通過測量不同離子束的強度來推導每一種同位素的比例。使原子氣化的技術包括電感耦合等離子體原子發射光譜以及電感耦合等離子體質譜法。這兩種技術都使用了氣態或等離子態的樣品。
另外一個有局限性的方法是電子能量損失譜，它是通過測量透射電子顯微鏡中電子束穿越一個樣品后所損失的能量。具有三維亞納米級的分辨率，也可以通過來鑒定單個的原子。
激發態光譜可以用來研究遠距離恒星的元素組成。通過觀測到的來自恒星的光譜中一些特殊的波長，可以得到氣體狀態下原子的量子轉變。使用同種元素的氣體放電燈，可以得到相同的顏色。氦元素就是通過這種手段在太陽的光譜中被發現的，比在地球上發現早了23年。
穩定的質子和電子在大爆炸后的一秒鐘內出現。在接下來的三分鐘之內，太初核合成產生了宇宙中大部分的氦、鋰和氘，有可能也產生了一些鈹和硼。在理論上，最初的原子（有束縛的電子）是在大爆炸后大約38萬年產生的，這個時代稱為重新結合，在這時宇宙已經冷卻到足以使電子與原子核結合了。自從那時候開始，原子核就開始在恒星中通過核聚變的過程結合，產生直到鐵的元素。
像鋰-6那樣的同位素是在太空中通過宇宙射線散裂產生的。這種現象在高能量的質子撞擊原子核時會發生，造成大量核子被射出。比鐵重的元素在超新星中通過r-過程產生，或在AGB星中通過s-過程產生，兩種過程中都有中子被原子核捕獲。像鉛那樣的元素，大都是從更重的元素通過核衰變產生的。
大部分組成地球及其居民的原子，都是在太陽系剛形成的時候就已經存在了。還有一部分的原子是核衰變的結果，它們的相對比例可以用來通過放射性定年法決定地球的年齡。大部分地殼中的氦都是α衰變的產物。
地球上有很少的原子既不是在一開始就存在的，也不是放射性衰變的結果。碳-14是大氣中的宇宙射線所產生的。有些地球上的原子是核反應堆或核爆炸的產物，要么是特意制造的，要么是副產物。在所有超鈾元素──原子序數大于92的元素中，只有钚和镎在地球中自然出現。超鈾元素的壽命比地球現在的年齡短，因此許多這類的元素都早已衰變了，只有微量的钚-244例外。钚和镎的自然礦藏是在鈾礦中通過中子俘獲產生的。
地球含有大約個原子。在地球的大氣層中，含有少量的惰性氣體原子，例如氬和氖。大氣層剩下的99%的部分，是以分子的形式束縛的，包括二氧化碳、雙原子的氧氣和氮氣。在地球的表面上，原子結合并形成了各種各樣的化合物，包括水、鹽、硅酸鹽和氧化物。原子也可以結合起來組成不含獨立分子的物質，包括晶體和液態或固態金屬。
雖然原子序數大于82（鉛）的元素已經知道是放射性的，但是對于原子序數大于103的元素，提出了“穩定島”的概念。在這些超重元素中，可能有一個原子核相對來說比其它原子核穩定。最有可能的穩定超重元素是Ubh，它有126個質子和184個中子。
每一個粒子都有一個對應的反物質粒子，電荷相反。因此，正電子就是帶有正電荷的反電子，反質子就是與質子對等，但帶有負電荷的粒子。不知道什么原因，在宇宙中反物質是非常稀少的，因此在自然界中沒有發現任何反原子。然而，1996年，在日內瓦的歐洲核子研究中心，首次合成了反氫──氫的反物質。
把原子中的質子、中子或電子用相等電荷的其它粒子代替，可以形成奇異原子。例如，可以把電子用質量更大的緲子代替，形成緲子原子。這些類型的原子可以用來測試物理學的基本預言。
*  中國科普博覽──核能博物館 ，中國科學院主編。
在芬蘭塞馬湖上空發生的夜光雲。
荷蘭德倫特省上空的夜光雲。
在中國大興安嶺地區漠河縣，夏至午夜北方天空的夜光云和曙暮光。
夜光雲或夜間雲是由水冰構成，并較為稀薄的雲，普遍出現在上層大氣層的極地中層雲，可以在深沉的曙暮光中看見。「」這個名字在拉丁文的意思大約是「在夜晚閃亮」。它們通常在夏天的月份出現在赤道南北緯度50度至70度之處，只有當太陽在地平線下時才能看見。
它們是位置最高的雲，位於中氣層，高度在76公里至85公里。它們通常很暗淡而難以看見，只有當陽光從地平線下滲入，而大氣層的低層已經在地影中時才能看見。夜光雲還沒有被完全了解，它是近代才發現的氣象現象，在1885年之前沒有任何的記錄。
夜光雲只能在特定的條件下形成，它們的出現可以做為高空大氣變化的敏感指標。它們是相對較新的分類，因此在發現的頻率、亮度和範圍都在逐漸增加。理論上認為這種增加與氣候變化有關。
夜光云外觀似卷云，但較薄，且顏色為銀白色或藍色，出現在落日后太陽與地平線夾角在6-15度之間的時候。如果太早會因為其太薄而看不見，而太遲了它也會落到地球的陰影之中去。
夜光云的成因科學界還有爭議，目前最主流的理論認為它主要是由極細的冰晶構成。
一般人的概念中會認為，距地面80多公里的大氣一定很冷；但事實上是，這個經驗理論只在較低的對流層中成立。對流層之上是平流層（也稱作同溫層），再往上才是中間層，但平流層的特點是上熱下冷（最高溫度約在0℃），故垂直方向上的對流很少，而主要是水平方向上的大氣運動（所以客機飛行一般選擇在平流層中），因此實際上中間層的溫度很高。
科學家們認為，這可能是由于垂直方向上重力波的衰減造成的。重力波由于各種異常原因而可能在某些地方減弱，從而導致了低層大氣向上的動量傳遞。這樣那些在向東方向上，具有很強相速度的重力波，將向東的動量傳遞給了高層的大氣。
向東方向的流動，將受到赤道方向的科里奧利力的作用，這將引起垂直方向上帶有水汽的大氣流動（要說明是，高層大氣的水汽不一定直接來自地面，有可能是由于甲烷的光分解形成的）。因為只有夏季時高緯度的平流層，才允許相速度東向的重力波傳入中間層（冬季季風方向相反，因而東向的動量不能傳入中間層），這樣，處于夏季的半球的中間層溫會因動量的流失而降低（相應地，冬季半球的中間層溫度會升高），從而導致了中間層的降溫現象（130 K）。
實際上，在整個極地地區的夏天，衛星能夠觀察到大片的中間層云團，但是緯度太高的地區，在夏季處于極晝，因而夜光云是不易被發現的。在這種條件下，夜光云就只能在夏季的某些高緯度地區被觀察到了。
* NLC time-lapse movies
* AIM satellite mission
* BBC News Article - Mission to Target Highest Clouds
* Noctilucent Cloud Observers' Homepage
* Solar Occultation for Ice Experiment (SOFIE)
* Southern Noctilucent Clouds observed at Punta Arenas, Chile
* Astronomy Picture of the Day: Noctilucent Clouds Over Sweden
* BBC Article - Spacecraft Chases Highest Clouds
* CNN Article - Rocket launch prompts calls of strange lights in sky
* BBC News - Audio slideshow: Noctilucent clouds
* The Harbingers of Change Can Now Be Seen All Around the World! Mysterious Noctilucent Clouds Brighten Up Night Skies
* Noctilucent cloud in Belarus
數理統計是統計學的數學基礎，從數學的角度去研究統計學，為各種應用統計學提供理論支持。
數據集上的線性回歸圖。回歸分析是數理統計的重要部分
分子（molecule）是一種構成物質的粒子，呈電中性、由單個或多個原子組成，原子之間因化學鍵而鍵結。能夠單獨存在、保持物質的化學性質；由分子組成的物質叫分子化合物。
一個分子是由多個原子在共價鍵中通過共用電子連接一起而形成。它可以由相同的化學元素構成，如氧氣分子O2；也可以由不同的元素構成，如水分子H2O。若原子之間由非共價鍵的化學鍵（如離子鍵）所結合，一般不會視為是單一分子。
在不同的領域中，分子的定義也會有一點差異：在熱力學中，構成物質的分子（如水分子）、原子（如碳原子）、離子（如氯離子）等在熱力學上的表現性質都是一樣的，因此，都統稱為分子；在氣體動力論中，分子是指任何構成氣體的粒子，此定義下，單原子的惰性氣體也可視為是分子。而在量子物理、有機化學及生物化學中，多原子的離子（如硫酸根）也可以視為是一個分子。
同一分子的不同畫法。左、中圖為立體模型，右圖為平面表示。（左）黑、白色球體分別代表碳、氫原子，球體間的柱體表示化學鍵。模型被一團雲包圍，代表著分子的表面，紅、藍色分別代表正、負電。（中）與左圖相似。淺藍、白色球體分別代表碳、氫原子，柱體表示化學鍵。（右）這種利用化學符號和直線來表示分子結構的畫法稱為結構式。
分子可根據其構成原子的數量（原子數）分為單原子分子，雙原子分子等。
在氣體中，氫分子（H2）、氮分子（N2）、氧分子（O2）、氟分子（F2）和氯分子（Cl2）的原子數是2；固體元素中，黃磷（P4）原子數是4，硫（S8）的是8。所以，氬（Ar）是單原子的分子，氧氣（O2）是雙原子的，臭氧（O3）則是三原子的。
許多常見的有機物質都是由分子所組成的，海洋和大氣中大部份也是由分子組成的。但地球上主要的固體物質，包括地函、地殼及地核中雖也是由化學鍵鍵結，但不是由分子所構成。在離子晶體（像食鹽）及共價晶體有反覆出現的晶體結構，但也無法找到分子。固態金屬是用金屬鍵鍵結，也有其晶體結構，但也不是由分子組成。玻璃中的原子之間依化學鍵鍵結，但是既沒有分子的存在，其中也沒有類似晶體反覆出現的晶體結構。
約翰·道爾頓
分子的概念最早是由意大利的阿莫迪歐·阿伏伽德羅提出，他于1811年發表了分子學說 ，認為：“原子是參加化學反應的最小質點，分子則是在游離狀態下單質或化合物能夠獨立存在的最小質點。分子是由原子組成的，單質分子由相同元素的原子組成，化合物分子由不同元素的原子組成。在化學變化中，不同物質的分子中各種原子進行重新結合。”
在阿伏伽德羅之前，化學家約翰·道爾頓在1803年及1811年提出的定比定律及倍比定律，也支持分子學說，因此許多化學家接受分子學說。可是許多邏輯實證主義者及像恩斯特·馬赫、路德維希·波茲曼、詹姆斯·馬克士威、約西亞·吉布斯等物理學家不接受分子學說，認為分子只是一種方便處理的數學結構，不是實際存在的物質。一直到讓·佩蘭在布朗運動相關的研究中，才證實了分子學說。