L'Atomium est conçu après la forme d'un molécule de fer (Fe). Le concept original voulait que la structure repose seulement sur les sphères du molécule. Dans des essais de vent il fut prouvé que la structure n'aurait résisté qu'à des vents d'une vitesse de 80 km/h, mais 140 km/h sont pas infréquent en Belgique. Des colonnes furent ajoutées pour assurer la résistance de la structure contre le vent.
L'Atomium fut construit pour l'Exposition universelle de 1958 sur le plateau de Heysel. Cette construction spectaculaire devait en être le symbole. Elle est formée de neuf sphères en acier reliées les unes aux autres par des tubes qui représentent les forces que les différents atomes exercent les uns sur les autres pour former cette molécule géante.
Son ingénieur André Waterkeym pensait qu'il pouvait être intéressant de montrer en grand le monde de l'infiniment petit.
Cette construction mesure 102 mètres de hauteur. Les sphères ont un diamètre de 18 mètres et pèsent chacune environ 250 tonnes. Les escaliers roulants installés dans les tubes sont parmi les plus longs d'Europe. Le plus long mesure en effet 35 mètres. Ils peuvent transporter quelques 3000 personnes à l'heure. L'ascenseur est l'un des plus rapides du continent. Depuis 1958, il a effectué plus de six millions de trajets ! Il peut emporter 22 personnes en 23 secondes jusqu'à la sphère supérieure. Celle-ci abrite un restaurant de 120 places et sous lui une salle panoramique d'une contenance de 70 personnes. Six des neuf sphères sont accessibles au public : la sphère de base, les trois sphères inférieures, la sphère centrale et la sphère supérieure.