דמיטרי מנדלב פרסם את הטבלה המחזורית הראשונה בשנת 1869. הוא הראה שכאשר הוזמנו האלמנטים בהתאם משקל אטומי, נוצר תבנית כאשר מאפיינים דומים לאלמנטים חוזרים על עצמם מדי פעם. על סמך עבודתו של הפיזיקאי הנרי מוסלי, הטבלה המחזורית אורגנה מחדש על בסיס הגדלת המספר האטומי ולא על המשקל האטומי. ניתן להשתמש בטבלה המתוקנת כדי לחזות את המאפיינים של אלמנטים שטרם התגלו. רבות מהתחזיות הללו אוששו מאוחר יותר באמצעות ניסויים. זה הוביל לנסח של ה- החוק התקופתי, אילו מדינות כי התכונות הכימיות של היסודות תלויים במספרם האטומי.
הטבלה המחזורית מציגה אלמנטים לפי מספר אטומי, שהוא מספר הפרוטונים בכל אטום של אותו יסוד. לאטומים של מספר אטומי עשויים להיות מספר שונה של נויטרונים (איזוטופים) ואלקטרונים (יונים), ועם זאת, הם נשארים אותו יסוד כימי.
אלמנטים בטבלה המחזורית מסודרים ב- תקופות (שורות) ו- קבוצות (עמודות). כל אחת משבע התקופות מתמלאת ברצף לפי מספר אטומי. קבוצות כוללות אלמנטים עם אותה תצורת אלקטרונים בקליפה החיצונית שלהם, התוצאה באלמנטים קבוצתיים חולק תכונות כימיות דומות.
יש שתי קבוצות של קבוצות. האלמנטים בקבוצה A הם אלמנטים מייצגים
, אשר יש תת-או דרגות תת-מסלוליות כסביבתן החיצונית. האלמנטים בקבוצה B הם אלמנטים לא מייצגים, שמילאו בחלקים התחתונים את תת התחתיות ( אלמנטים מעבר) או ברמות תת תת מלאות בחלקן (ה- סדרת lanthanide וה סדרת אקטיניד). כותרות הספרות והאותיות הרומיות נותנות את תצורת האלקטרונים עבור האלקטרונים של הערך (למשל, תצורת האלקטרון של הערך של אלמנט VA יהיה קבוצה2ע3 עם 5 אלקטרונים ערכיים).דרך נוספת לקטלג אלמנטים זה בהתאם לשאלה אם הם מתנהגים כמתכות או לא מתכות. רוב היסודות הם מתכות. הם נמצאים בצד שמאל של השולחן. הצד הימני הקיצוני מכיל את הלא-מתכות, בתוספת מימן מציג מאפיינים לא-מטאלים בתנאים רגילים. אלמנטים שיש להם כמה תכונות של מתכות וכמה תכונות של nonmetals נקראים metalloids או semimetals. אלמנטים אלה נמצאים לאורך קו זיג-זג העובר משמאל עליון לקבוצה 13 לימין התחתון של קבוצה 16. מתכות הן בדרך כלל מוליכים טובים של חום וחשמל, ניתנות לסחירה ושמישות ובעלות מראה מתכתי זוהר. לעומת זאת, מרבית הלא-מתכות הם מוליכים ירודים של חום וחשמל, נוטים להיות מוצקים שבירים ויכולים לנקוט בכל אחת ממספר צורות פיזיות. בעוד שכל המתכות פרט לכספית מוצקות בתנאים רגילים, לא מתכות עשויות להיות מוצקים, נוזלים או גזים בטמפרטורת החדר ולחץ. אלמנטים עשויים להיות מחולקים עוד יותר לקבוצות. קבוצות מתכות כוללות מתכות אלקליות, מתכות אדמה אלקליין, מתכות מעבר, מתכות בסיסיות, לנטנידים ואקטינידים. קבוצות של nonmetals כוללות nonmetals, הלוגנים וגזים אצילים.