Gdy pierwsi chemicy odkryli więcej pierwiastków, zdali sobie sprawę, że różne pierwiastki można pogrupować według ich podobnych zachowań chemicznych. Jedna z takich grup obejmuje lit (Li), sód (Na) i potas (K). Wszystkie te pierwiastki są błyszczące, dobrze przewodzą ciepło i prąd oraz mają podobne właściwości chemiczne. Druga grupa obejmuje wapń (Ca), stront (Sr) i bar (Ba), które również są błyszczące, dobrze przewodzą ciepło i elektryczność oraz mają wspólne właściwości chemiczne. Jednak specyficzne właściwości tych dwóch grup znacznie się od siebie różnią. Na przykład Li, Na i K są znacznie bardziej reaktywne niż Ca, Sr i Ba. Dodatkowo Li, Na i K tworzą związki z tlenem w stosunku dwóch swoich atomów na jeden atom tlenu, podczas gdy Ca, Sr i Ba tworzą związki, w których jeden z ich atomów przypada na jeden atom tlenu. Fluor (F), chlor (Cl), brom (Br) i jod (I) również wykazują podobne właściwości, ale właściwości te drastycznie różnią się od właściwości któregokolwiek z powyższych pierwiastków.

Dimitri Mendelejew w Rosji (1869) i Lothar Meyer w Niemczech (1870) niezależnie od siebie uznali okresowy związek między właściwościami znanych wówczas pierwiastków. Obie opublikowały tabele z pierwiastkami ułożonymi zgodnie ze zwiększającą się masą atomową. Mendelejew poszedł jednak o krok dalej niż Meyer; Wykorzystał swoją tabelę do przewidzenia istnienia pierwiastków, które miałyby właściwości podobne do aluminium i krzemu, ale nie były jeszcze znane. Odkrycia galu (1875) i germanu (1886) stanowiły znaczące wsparcie dla pracy Mendelejewa. Chociaż Mendelejew i Meyer długo spierali się o pierwszeństwo, wkład Mendelejewa w rozwój układu okresowego pierwiastków jest obecnie szerzej uznawany.

W XX wieku stało się jasne, że zależność okresowa dotyczy liczb atomowych, a nie mas atomowych. Współczesne stwierdzenie tego stosunku, prawo okresowości, stwierdza, co następuje: własnościpierwiastków są funkcjami okresowymi ich liczb atomowych. Współczesny układ okresowy pierwiastków układa pierwiastki w rosnącej kolejności ich liczb atomowych i grupuje atomy o podobnych właściwościach w tej samej pionowej kolumnie. Każde pudełko reprezentuje pierwiastek i zawiera jego liczbę atomową, symbol, średnią masę atomową i (czasami) nazwę.

Elementy są ułożone w siedmiu poziomych rzędach, zwanych okresami lub seriami, oraz w 18 pionowych kolumnach, zwanych grupami. Grupy są oznaczone etykietami w górnej części każdej kolumny. Aby tabela zmieściła się na jednej stronie, części dwóch wierszy, w sumie 14 kolumn, są zwykle zapisywane poniżej głównej części tabeli.

Wiele pierwiastków różni się znacznie pod względem właściwości chemicznych i fizycznych, ale niektóre pierwiastki są podobne w swoich zachowaniach. Na przykład wiele pierwiastków wydaje się błyszczących, są plastyczne i plastyczne oraz dobrze przewodzą ciepło i prąd. Inne pierwiastki nie są błyszczące, plastyczne ani plastyczne i są słabymi przewodnikami ciepła i elektryczności. Pierwiastki można podzielić na duże klasy o wspólnych właściwościach: metale (pierwiastki, które są błyszczące, plastyczne, dobrze przewodzą ciepło i elektryczność — odcień żółty); niemetale (pierwiastki, które wydają się matowe, słabe przewodniki ciepła i elektryczności — zacieniowane na czerwono); oraz metaloidy (pierwiastki, które umiarkowanie dobrze przewodzą ciepło i elektryczność oraz posiadają pewne właściwości metali i pewne właściwości niemetali — odcień fioletowy).

Pierwiastki można również zaklasyfikować do pierwiastków grupy głównej (lub elementów reprezentatywnych) w kolumnach oznaczonych 1, 2 i 13–18; metali przejściowych w kolumnach oznaczonych 3–12; oraz wewnętrznych metali przejściowych w dwóch wierszach na dole tabeli. Pierwiastki w górnym rzędzie u dołu tabeli to lantanowce, a elementy w dolnym rzędzie to aktynowce. Pierwiastki można dalej podzielić ze względu na bardziej szczegółowe właściwości, takie jak skład tworzonych przez nie związków. Na przykład pierwiastki z grupy 1 (pierwsza kolumna) tworzą związki, które składają się z jednego atomu pierwiastka i jednego atomu wodoru. Pierwiastki te (z wyjątkiem wodoru) są znane jako metale alkaliczne i wszystkie mają podobne właściwości chemiczne. Pierwiastki z grupy 2 (druga kolumna) tworzą związki składające się z jednego atomu pierwiastka i dwóch atomów wodoru: Są to tak zwane metale ziem alkalicznych, o podobnych właściwościach wśród członków tej grupy.

Inne grupy o specyficznych nazwach to pniktogeny (grupa 15), chalkogeny (grupa 16), halogeny (grupa 17) i gazy szlachetne (grupa 18, znane również jako gazy obojętne). Do grup można również odnosić się za pomocą pierwszego elementu grupy: Na przykład chalkogeny można nazwać grupą tlenową lub rodziną tlenu. Wodór jest unikalnym, niemetalicznym pierwiastkiem o właściwościach zbliżonych zarówno do pierwiastków z grupy 1, jak i grupy 17. Z tego powodu wodór może znajdować się na szczycie obu grup lub samodzielnie.

Pierwiastek 43 (technet), pierwiastek 61 (promet) i większość pierwiastków o liczbie atomowej 84 (polon) i wyższej ma swoją masę atomową podaną w nawiasach kwadratowych. Odbywa się to w przypadku pierwiastków, które składają się wyłącznie z niestabilnych, promieniotwórczych izotopów (promieniotwórczość jest omówiona bardziej szczegółowo w rozdziale chemia jądrowa). Nie można określić średniej masy atomowej tych pierwiastków, ponieważ ich izotopy promieniotwórcze mogą się znacznie różnić pod względem względnej obfitości, w zależności od źródła, lub mogą nawet nie występować w naturze. Liczba w nawiasach kwadratowych to liczba masy atomowej, która jest przybliżoną masą atomową najbardziej stabilnego izotopu tego pierwiastka.

Tekst zaczerpnięty z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 2.5: Układ okresowy pierwiastków.