U kemiji, izraz “monatomski” često se odnosi na stanje kada se elementi pojavljuju u obliku pojedinačnih atoma koji nisu vezani za druge atome. To se uglavnom događa s plinovima, a svi elementi mogu postići ovo jednoatomsko stanje na dovoljno visokim temperaturama. Svaki od takozvanih plemenitih plinova – helij, neon, argon, kripton, ksenon i radon – je prirodno jednoatomski plin pri standardnoj temperaturi i tlaku. Pojam ima nešto drugačije značenje kada su u pitanju ioni, budući da se jednoatomni ioni sastoje od samo jednog elementa, ali svaki takav ion može sadržavati nekoliko atoma tog pojedinačnog elementa. Srodni kemijski izraz je dvoatomski, koji se odnosi na molekulu sastavljenu od dva atoma koji mogu biti od istog elementa ili od dva različita elementa.
Elementi rijetko postoje u monoatomskom stanju, pogotovo ako nisu u plinovitom obliku. To je zato što se atomi skupljaju zajedno. U fizikalnoj kemiji ova privlačnost između atoma i molekula detaljno je opisana van der Waalovom silom. Plemeniti plinovi se sastoje od vrlo stabilnih atoma i imaju nisku kemijsku reaktivnost, zbog čega mogu lakše postojati u monoatomskom stanju. Ovi plinovi također dijele druge karakteristike, uključujući i da nemaju nikakvu boju ili miris.
Ioni su čestice s negativnim nabojem, koje se nazivaju i anioni, ili pozitivnim nabojem, koji se također nazivaju kationima. Poliatomski ioni se sastoje od dva ili više elemenata. Monatomski ioni se sastoje od jednog elementa, a postoje dvije vrste ove vrste iona. Tip I su ioni sastavljeni od jednog elementa koji uvijek ima isti naboj u ionskom obliku, tvoreći ili katione ili anione. Primjeri za to su ioni srebra i cinka. Ioni tipa II također se sastoje od jednog elementa, ali u ionskom obliku ti elementi mogu tvoriti i anione i katione, kao što je slučaj sa željezom i bakrom.
Svojstva jednog atoma elementa mogu se razlikovati od svojstava klastera atoma tog istog elementa. Monatomsko zlato, na primjer, ima drugačiju boju i drugačija vodljiva svojstva od nakupina atoma zlata. Vodik se obično javlja u obliku plina, gdje dva atoma vodika tvore jednu molekulu vodika. Monatomski vodik je vrlo rijedak i vrlo nestabilan, ali znanstvenici vjeruju da bi se mogao koristiti kao snažno gorivo, na primjer za putovanja u svemir.