Kemiassa termi “monatominen” viittaa usein tilaan, jossa elementtejä esiintyy yksittäisten atomien muodossa, jotka eivät ole sitoutuneet muihin atomeihin. Tämä tapahtuu enimmäkseen kaasujen kanssa, ja kaikki elementit voivat saavuttaa tämän yhden atomin tilan riittävän korkeissa lämpötiloissa. Jokainen niin kutsutuista jalokaasuista-helium, neon, argon, kryptoni, ksenoni ja radon-on luonnollisesti monatominen kaasu normaalissa lämpötilassa ja paineessa. Termillä on hiukan erilainen merkitys ionien suhteen, koska monatomiset ionit koostuvat vain yhdestä alkuaineesta, mutta jokainen tällainen ioni voi sisältää useita kyseisen alkuaineen atomeja. Siihen liittyvä kemian termi on diatominen, joka viittaa molekyyliin, joka koostuu kahdesta atomista, jotka voivat olla joko samasta elementistä tai kahdesta eri elementistä.
Alkuaineita esiintyy harvoin monatomisessa tilassa, varsinkin jos ne eivät ole kaasumaisia. Tämä johtuu siitä, että atomit pyrkivät kasautumaan yhteen. Fysikaalisessa kemiassa tämä vetovoima atomien ja molekyylien välillä kuvataan yksityiskohtaisesti van der Waalin voimalla. Jalokaasut koostuvat erittäin stabiileista atomeista ja niillä on alhainen kemiallinen reaktiivisuus, minkä vuoksi ne voivat helpommin esiintyä monatomisessa tilassa. Näillä kaasuilla on myös muita ominaisuuksia, mukaan lukien ne, joilla ei ole väriä tai hajua.
Ionit ovat hiukkasia, joilla on negatiivinen varaus, joita kutsutaan myös anioneiksi, tai positiivisia varauksia, joita kutsutaan myös kationeiksi. Polyatomiset ionit koostuvat kahdesta tai useammasta elementistä. Monatomiset ionit koostuvat yhdestä elementistä, ja tällaisia ioneja on kahdenlaisia. Tyyppi I ovat ioneja, jotka koostuvat yhdestä ainoasta elementistä, jolla on aina sama varaus ionimuodossa muodostaen joko kationeja tai anioneja. Esimerkkejä tästä ovat hopea- ja sinkki -ionit. Tyypin II ionit koostuvat myös yhdestä elementistä, mutta ionisessa muodossa nämä elementit voivat muodostaa sekä anioneja että kationeja, kuten raudan ja kuparin tapauksessa.
Elementin yksittäisen atomin ominaisuudet voivat olla erilaisia kuin saman alkuaineen atomiryhmien ominaisuudet. Esimerkiksi monatomisella kullalla on eri väri ja eri johtavat ominaisuudet kuin kulta -atomiryhmillä. Vety esiintyy yleensä kaasun muodossa, jossa kaksi vetyatomia muodostaa yhden vetymolekyylin. Monatominen vety on hyvin harvinaista ja erittäin epävakaata, mutta tutkijat uskovat, että sitä voitaisiin käyttää tehokkaana polttoaineena esimerkiksi avaruusmatkoilla.