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任何元素的单个原子都有一个包含一定数量的带正电质子的原子核，以及数量相似或略有不同的中子，这些中子是亚原子粒子，大小与质子大致相同，但不带电荷。相同数量的带负电的电子围绕原子核，犹如行星围绕恒星；带正电的质子的数量决定了元素的原子序数。
电子围绕原子核排列的有序分层方式在所有化学元素中都是一致的。离原子核最近的一层由一个s壳层组成，它最多能容纳两个电子。下一层则由两个壳层组成：一个s壳层容纳两个电子，一个p壳层容纳六个电子，因此总共包含八个电子。在原子序数更高的元素中还有更多的层，每个层都可以容纳更多的电子。
只有惰性气体，如氦（有两个质子和两个电子）、氖（每个原子有十个电子，最内层有两个，下一层有八个，形成完整的补充）等，才具有“完整”的电子壳层，并且作为单个原子是稳定和不发生反应的。而其他元素的单个原子本质上是不稳定的，因为没有足够的电子来“填充”它的层。例如，氧的原子序数为8，而它的p壳层中只包含四个电子。要使其稳定，需要六个氧原子，因此氧天然地以两个键合原子（O 2 ）构成的分子形式存在。每个原子与另一个原子“共享”两个电子，形成一个双键，于是每个原子都使自己的p壳层变得完整。一个氢原子（原子序数为1）只有一个s壳层，包含一个电子。为了填满它的s壳层，它形成了双原子分子（H 2 ），每个分子在一个单键中与它的伙伴共享它的孤电子。
元素的每个原子都有一个带正电的原子核（包含带正电的质子和不带电的中子，它们本身由亚原子粒子夸克构成）。更小的带负电荷的电子环绕原子核运行，使原子与其他原子形成化学键，从而生成化合物。
这是单个碳原子（上图）和单个硅原子（下图）的示例。尽管硅比碳多了一个电子层，或者说外壳，但两者都有一个包含四个电子的外壳，并且“需要”多填充四个电子。这意味着每个原子最多可以与另外四个原子形成键。
碳的原子序数是6，这意味着它的外壳含有四个电子。为了达到保持稳定所需的魔法数，每个碳原子需要与其他原子形成四个键（或两个双键，或两个单键和一个双键，诸如此类）。这意味着碳以各种纯形式，以晶格或其他复杂结构存在，每个原子与多个相邻原子结合。这种特性还允许碳与其他元素的多个原子结合，形成多种多样且往往复杂的分子，从而构建有机生命。
▲碳和硅属于同一个周期表组，有几个共同的特征，但只有碳普遍存在于生物体中。硅的相对原子质量（28.086）是碳（12.011）的两倍多。
其他一些元素也有同样的性质，比如硅，它位于元素周期表上碳的正下方。这种元素——一种纯净的、闪亮的岩石物质的原子序数为14，于是，当其最内层和第二电子层被填满时（分别有两个和八个电子），第三层有四个“备用”电子，就像碳一样。因此，硅还可以与其他元素形成多种化合物，形成链状、环状或两者结合的化合物。
那么，硅能像碳一样成为生命的基础吗？当然。硅氧化合物（硅酸盐）在地球上固体的、非生命的成分（如岩石和土壤）中含量丰富。事实上，地球组成成分中的硅远远多于碳。一些硅酸盐也存在于自然界中。“二氧化硅（SiO2）”的分子存在于草的细胞内，使叶子具有很好的韧性，除了牙齿最结实、胃部最坚韧的食草动物外，其他动物都无法食用。被称为硅藻的单细胞生物也使用二氧化硅来加固细胞壁，在一些动物的结缔组织中可以发现硅化合物。科学家甚至创造了一些含有硅和碳的有生物活性的有机分子。
尽管如此，地球上没有任何生物可以被描述为“硅基生物”，因为在地球的温度下，二氧化硅和一氧化硅是固态的，而二氧化碳和一氧化碳是气态的。这一简单的物理事实使硅无法成为地球生命形式的基础。然而，在不同的条件下，也许在宇宙其他的行星上，是有可能形成硅基生命形式的。