Twierdzenie, że właściwości chemiczne i fizyczne zmieniają się okresowo, w miarę jak przechodzimy od pierwiastków o mniejszych liczbach atomowych do pierwiastków charakteryzujących się coraz to większymi liczbami atomowymi nosi nazwę prawa okresowości. Prawo to zostało po raz pierwszy sformułowane w 1869 roku przez rosyjskiego chemika Dymitra Mendelejewa i w 1870 roku przez Lothara Meyera. Ze względu na to, że w tym czasie nie było znane pojęcie liczby atomowej, obydwaj naukowcy ułożyli pierwiastki według zwiększającej się masy atomowej. Obecnie wiadomo, że wielkość ta, poza niewielka liczba wyjątków, zmienia się równolegle do liczby atomowej. To czysto empiryczne prawo udało się wyjaśnić dopiero w XX wieku, gdy została poznana struktura atomu.
Okresowe powtarzanie się właściwości fizycznych i chemicznych pierwiastków umożliwiło ułożenie tablicy, zwanej układem okresowym pierwiastków, który porządkuje pierwiastki w sposób logiczny i podkreślający różnice i podobieństwa między nimi. Układ okresowy pierwiastków podany przez Mendelejewa składał się z rzędów poziomych (okresów) i pionowych (grup), przy czym grupy tworzyły pierwiastki o zbliżonych właściwościach. Puste miejsca pozostawione były dla odkrytych później; skandu (Sc), galu (Ga), germanu (Ge), itru (Y), technetu (Tc), indu (In), ceru (Ce) i renu (Re).
Obecnie spotykanych jest kilka rodzajów układu okresowego, które różnią się geometrycznym kształtem tablicy. Jednak wszystkie odmiany układu są wyrazem prawa okresowości. Najczęściej używaną formą układu okresowego jest forma długa. Została ona utworzona w 1905 roku przez A. Wernera.
Podstawą budowy układu okresowego jest konfiguracja elektronowa pierwiastków. Więc pierwiastki, które posiadają identyczną konfigurację elektronów walencyjnych są umieszczone w kolumnach pionowych, tzw. grupach. Nazwa grupy jest utworzona od pierwiastka, który znajduje się na początku grupy. Pierwiastki, których właściwości zmieniają się kolejno znajdują się w szeregach poziomych, nazwanych okresami. Układ okresowy zawiera siedem okresów i osiemnaście grup. Pierwiastki posiadające taką samą konfigurację elektronów walencyjnych mają podobne właściwości chemiczne. Występują one na tych samych stopniach utlenienia i tworzą związki podobnego typu. Biorąc pod uwagę podobieństwo struktur elektronowych pierwiastki podzielono na tzw. bloki.
Jeśli analizujemy położenie pierwiastków w układzie okresowym i ich własności chemiczne i fizyczne to z łatwością można potwierdzić słuszność prawa okresowości. Wielkościami fizycznymi, które ulegają okresowym zmianom, to między innymi: temperatura wrzenia, temperatura topnienia, energia jonizacji, elektroujemność, promienie jonowe, promienie atomowe, stopień utlenienia.
Konfiguracja elektronowa ma znaczący wpływ na stopień utlenienia, w zatem można zaobserwować okresowy przebieg zależności stopnia utlenienia od miejsca pierwiastka w układzie okresowym. Pierwiastki pierwszej grupy łatwo tracą jeden elektron walencyjny i występują na +I stopniu utlenienia. Pierwiastki umieszczone w drugiej grupie układu okresowego mogą utracić dwa elektrony walencyjne, zyskując tym samym +II stopień utlenienia, itd. Niemetale, które są zaliczane do bloku p, mają dodatnie stopnie utlenienia tylko w związkach z niemetalami, które mają wyższą elektroujemność (przede wszystkim z fluorem i tlenem).
Elektroujemność rośnie w okresach od strony lewej do prawej. W grupach zmniejsz się przy przechodzeniu od pierwiastków lżejszych do cięższych. Pierwiastki, które charakteryzują się największą wartością elektroujemności są umieszczone w prawym górnym rogu tablicy i wykazują one typowe cechy niemetali. Najmniejszą elektroujemność mają pierwiastki z dolnego lewego rogu układu okresowego. Wykazują one również cechy metaliczne.
W obrębie okresu promienie atomów zmniejszają się malejąc w danym okresie od strony lewej do prawej (rośnie liczba protonów w jądrze i elektrony są silniej przez jądro przyciągane). W obrębie grup promienie atomów wzrastają wraz ze wzrostem liczb atomowych. Wiąże się to ze wzrostem liczby powłok elektronowych i wpływ na promień atomowy związany ze zwiększeniem ilości powłok elektronowych zaczyna przewyższać wpływ pochodzący ze wzrostu ładunku jądra.
Okresowość właściwości pierwiastków ma swoje odbicie we właściwościach związków chemicznych. Pierwiastki, które należą do tych samych grup tworzą podobny typ wodorków i tlenków.
