Alkuaine määritellään aineeksi, jonka atomien ytimissä on tietty määrä protoneja. Alkuaineita ei myöskään voida jakaa tai muuttaa toiseksi aineeksi kemiallisessa prosessissa.
Alkuaineet koostuvat atomeista, joiden ytimissä on protoneja, joita kiertää yhtäläinen määrä elektroneja. Protonien lukumäärä määrää alkuaineen järjestysluvun eli niin kutsutun atomiluvun. Saman alkuaineen atomeilla on siten sama atomiluku. Esimerkiksi atomit, joiden ytimessä on kuusi protonia, ovat hiiliatomeja. Ytimessä voi olla vaihteleva määrä neutroneja; tällaisia saman alkuaineen erilaisia ytimiä kutsutaan alkuaineen isotoopeiksi.
Virallisesti varmennettuja alkuaineita tunnetaan nykyään 118 erilaista, joista 94 kevyintä alkuainetta esiintyy luonnossa ja loput, raskaammat alkuaineet on valmistettu keinotekoisesti ydinreaktioiden avulla. Nykyisin tunnetuista alkuaineista 80:llä on pysyviä isotooppeja ja muiden alkuaineiden kaikki isotoopit ovat radioaktiivisia.
Alkuaineet voidaan jakaa kemiallisten ominaisuuksiensa suhteen karkeasti kahdentyyppisiin aineisiin: metalleiksi ja epämetalleiksi. Jos alkuaineella on sekä metallien että epämetallien ominaisuuksia, sitä kutsutaan puolimetalliksi. Alkuaineet on ryhmitelty tarkemmin rakenteensa perusteella jaksolliseen järjestelmään, jonka avulla voi myös ennustaa alkuaineiden kemiallisia ominaisuuksia. Alkuaineet muodostavat yhdisteitä, jotka voidaan yleisesti ottaen jakaa ioni- tai molekyyliyhdisteiksi.