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Le rayon atomique d'un élément est la distance entre le noyau et les électrons les plus externes (de valence). Ce rayon se déplace de manière prévisible dans le tableau périodique, en fonction de l'interaction entre la charge positive du noyau et les électrons environnants.
Les électrons gravitent autour du noyau selon des niveaux d’énergie discrets. Chaque niveau contient des sous-couches – s, p, d, f – qui peuvent contenir un nombre fixe d'orbitales et, par conséquent, un nombre maximum d'électrons fixe. Lorsqu'une sous-couche se remplit, des électrons supplémentaires doivent occuper des orbitales dans le niveau d'énergie immédiatement supérieur. Plus le niveau d'énergie est élevé, plus ses électrons sont éloignés du noyau.
En se déplaçant de gauche à droite sur une période de groupe principal, les rayons atomiques diminuent régulièrement tandis que le nombre d'électrons de valence augmente. La raison en est une charge nucléaire nette croissante qui rapproche les électrons de valence existants, sans ajouter de nouveau niveau d’énergie. La légère déviation observée dans les métaux de transition provient de leurs sous-couches d partiellement remplies, qui réduisent l'attraction effective sur les électrons externes.
Le blindage se produit lorsque les électrons internes neutralisent partiellement la charge positive du noyau. La charge nucléaire « efficace » restante est ce que ressentent les électrons de valence. Au cours d'une période, le nombre d'électrons internes reste constant tandis que la charge nucléaire augmente, de sorte que la charge effective augmente, resserrant le nuage d'électrons et réduisant le rayon.
En descendant d'un groupe, les électrons de valence occupent des niveaux d'énergie successivement plus élevés. Même si le nombre d’électrons de valence reste le même, les couches supplémentaires éloignent les électrons externes du noyau. L'augmentation du nombre de protons est contrebalancée par la protection supplémentaire contre les électrons internes, ce qui entraîne une augmentation nette du rayon atomique.
