原子半径是衡量原子大小的一个重要指标，它通常定义为原子核外电子云的平均范围或原子核与最外层电子之间的距离。在短周期内，随着原子序数的增加，原子核对电子的吸引力逐渐增强，导致电子被更紧密地吸引向原子核，从而使得原子半径减小。这种趋势主要受到核电荷数的影响，因为核电荷数越高，对电子的吸引力越强。

具体到短周期中的元素，我们可以观察到这样的规律：在同一周期中，从左至右，原子半径呈现递减的趋势。这是因为每个新加入的质子都会增加核对电子的吸引力，而同时新增的电子却只能进入相同的能级或稍高的能级，无法有效抵消这种增强的吸引力。因此，在第一周期中，氦（He）拥有最小的原子半径；而在第二周期中，氟（F）则成为该周期内原子半径最小的元素。

值得注意的是，虽然氦被认为是整个周期表中第二小的原子（仅次于氢），但由于其独特的电子构型——完全充满的s轨道，使得它的实际尺寸可能略大于理论计算值所显示的结果。此外，由于氢只有一个质子和一个电子，其原子半径理论上应该是所有元素中最小的，但实际上，由于氢气分子的存在形式（H₂），单个氢原子的测量变得复杂。

综上所述，短周期元素中原子半径最小的元素分别是氦（He）和氟（F），它们分别代表了各自周期内的极端情况。这一现象不仅反映了元素周期律的基本原理，也为理解物质世界提供了重要的视角。通过深入研究原子半径的变化规律，科学家们能够更好地预测新材料的性能以及开发新型催化剂等领域提供了理论支持。