L'organisation du tableau en lignes nommées périodes et colonnes nomméesgroupes reflète la périodicité des propriétés physico-chimiques des éléments lorsque lenombre atomique augmente. Les éléments d'un même groupe ont des propriétés semblables malgré unemasse atomique différente, alors que les éléments adjacents dans une même période ont une masse similaire mais des propriétés chimiques différentes.
Larègle de Klechkowski décrit approximativement l'ordre d'énergie croissante dans lesquelles les sous-couches électroniques sont remplies. Les couches sont numérotées, les sous-couches sont notéess,p,d,f, etc.
Lamécanique quantique explique la périodicité des propriétés par l'ordre de remplissage des couches électroniques. Chaque couche est décomposée ensous-couches remplies par ordre d'énergie croissante comme indiqué approximativement dans la figure ci-contre. Chaque ligne y correspond à une couche, caractérisée par lenombre quantique principal desorbitales atomiques occupées par les électrons. Chaque diagonale correspond à une valeur de la somme du nombre quantique principal et dunombre quantique secondaire. Une nouvelle période commence à chaque fois qu'une sous-couches commence à être remplie. Les propriétés chimiques sont prédites par le nombre d'électrons dans lacouche de valence, c'est-à-dire la plus externe des couches partiellement ou totalement remplies.
Cependant, de nombreux travaux prenant en compte des effets relativistes affectant lesélectrons des très gros atomes ont conduit à proposer différents modèles alternatifs. Ainsi, une variante proposée par Frickeet al. en 1971[1] identifie 20 éléments dans lebloc g et place les éléments 165 et 166 sur la9e période dans lebloc s, poursuivant avec l'élément 167 dans lebloc p sur cette même période :
