Trong tự nhiên, các khí hiếm tồn tại dưới dạng nguyên tử tự do. Các nguyên tử của khí hiếm không liên kết với nhau tạo thành

- Nguyên tử khí hiếm đều có cấu hình electron bão hòa là ns²np⁶ (trừ helium có cấu hình 1s²) làm cho nguyên tử khí hiếm rất bền vững nên các nguyên tử khí hiếm khó tham gia phản ứng hóa học. Trong tự nhiên, các khí hiếm đều tồn tại ở trạng thái nguyên tử (hay còn gọi là phân tử một nguyên tử) tự do, bền vững (nên còn gọi là các khí trơ).

- Nguyên tử của các nguyên tố khác có xu hướng liên kết với nhau để đạt được cấu hình electron bền vững của khí hiếm, ví dụ: H₂, Cl₂, HCl, CO₂, … hay tự tập hợp lại thành các khối tinh thể, ví dụ: tinh thể NaCl, …