Atomi različnih elementov imajo različno velikost. Velikost atomov običajno izražamo z atomskimi polmeri ali radiji. S periodnim sistemom lahko primerjamo velikosti atomov različnih elementov. Pri reprezentativnih elementih opazimo, da se atomski polmeri po skupini navzdol večajo, po periodi desno pa manjšajo.
Primerjajmo atomske polmere prvih dvajsetih elementov.
Osredotočimo se na elemente druge periode (od litija do neona). Opazimo lahko, da ima litij največji atomski polmer, z naraščanjem vrstnega števila (po periodi desno) pa se atomski polmer manjša. Enako zakonitost opazimo tudi pri primerjavi atomskih polmerov elementov tretje periode (od natrija do argona).
Primerjajmo še atomske polmere alkalijskih kovin − kovin 1. skupine periodnega sistema (litija, natrija in kalija). Opazimo, da ima litij najmanjši atomski polmer, natrij je večji, kalij pa še večji. Atomski polmer narašča po skupini navzdol. Enako zakonitost opazimo tudi pri primerjavi atomskih polmerov elementov drugih skupin.
Atomski polmeri se po skupini navzdol večajo, ker elektroni zasedajo orbitale, ki so bolj oddaljene od jedra. Na primer orbitala 3s (orbitala v tretji lupini) je večja od orbitale 2s (orbitala v drugi lupini), zato je natrijev elektron v 3s-orbitali bolj oddaljen od jedra kot litijev elektron v 2s-orbitali. Zato je atom natrija večji kakor atom litija.
Atomski polmeri se po periodi desno manjšajo, ker ima atomsko jedro elementa iste periode z večjim vrstnim številom tudi večji pozitivni naboj in lahko bolj privlači elektrone znotraj iste lupine kot atomsko jedro elementa z manjšim vrstnim številom. Na primer atom fluora ima v jedru 9 protonov, atom dušika pa 7 protonov, oba pa imata elektrone v 2. lupini. Jedro fluorovega atoma je bolj pozitivno in lahko bolj privlači elektrone kot jedro dušikovega atoma. Zato je atom fluora manjši kakor atom dušika.
Primerjajte brom, fluor in klor: Br > Cl > F