A világegyetem legkisebb tömegű atomjai a hidrogénatomok, amelyek egyetlen protont és egyetlen elektront tartalmaznak. A hidrogén rendszáma 1.

A hidrogén természetes izotópjai a 1H (prócium), a 2H, amelyet szokás külön vegyjellel D (deutérium) és a radioaktív 3H, amelyet T(trícium)-nak nevezni. Izotóp atomok esetén a bal felső indexbe a tömegszámot szokás írni.

A hidrogén a természetben nem atomos állapotban fordul elő. Mérésekkel igazolható, hogy a hidrogéngázban a részecskék moláris tömege 2 g/mol, vagyis két atom összekapcsolódott állapotban, együtt mozog.

Hogyan képzelhetjük el a kétatomos hidrogénmolekulák kialakulását? Az elektronok nem adódhatnak át egyik atomról a másikra - mint az ionkristályok kialakulásakor -, hiszen a két azonos atom nem különbözik egymástól elektronvonzó képességét tekintve. Ha két hidrogénatom elég közel kerül egymáshoz, akkor elektronburkaik átfedésbe kerülhetnek.

Ekkor az atommagokban lévő protonok a jövevény elektronjára is erős vonzó hatással lesznek, és így módosítják annak mozgását.

Ebben az állapotban a két elektron - amelyek úgynevezett elektronpárt képeznek - mozgása közben a legtöbb időt a két atommag közti térben tölti, miközben leárnyékolja a két hajdani atommagjának taszítását.

Két hidrogénatom ütközése

Az elektronok mozgástere a hidrogénmolekulában