轨道和能源水平
不像行星围绕太阳运行的电子与原子核的距离不能任意;它们只能存在于被称为允许轨道的特定位置。这个性质是由丹麦物理学家首先解释的尼尔斯·玻尔1913年，是另一个结果量子力学——具体地说，是要求角动量轨道上的电子，就像量子世界中的其他东西一样，以离散的束形式出现，称为广达电脑．
在玻尔原子中，电子只能在允许轨道中存在，而这些允许轨道具有不同的能量。轨道是类似的到一组楼梯，其中的重力势能每一步都是不同的，在每一步中都可以找到球，但在每一步之间都是不一样的。
的法则量子力学描述电子可以从一个允许的轨道移动的过程，或者能量水平，对另一个。与量子世界中的许多过程一样，这个过程是不可能可视化的。一个电子从它所在的轨道上消失，然后在它的新位置上重新出现，而从未出现在中间的任何地方。这个过程被称为量子跃迁或量子跃迁，它没有模拟在宏观世界中。
因为不同的轨道具有不同的能量，每当量子跃迁发生时，跃迁后电子所拥有的能量也会有所不同。例如，如果一个电子从一个较高的能级跃迁到一个较低的能级，损失的能量将不得不去某个地方，事实上，将由原子以一束电磁辐射．这个包被称为光子，这种能级变化的光子发射就是原子发光的过程。另请参阅激光．
以同样的方式，如果把能量加到一个原子上，一个电子就可以利用这些能量形成一个电子量子从低轨道跃迁到高轨道。这种能量可以通过多种方式供应。一种常见的方法是让原子吸收一个刚好合适的光子频率．例如，当白色光照射到一个原子上，它会选择性地吸收那些与允许轨道之间的能量差相对应的频率。
每种元素都有一组独特的能级，因此它吸收和发射光的频率就像一种指纹，可以识别特定的元素。原子的这种性质引起了光谱学,一个科学致力于通过原子和分子的辐射类型来识别它们发出或吸收。
这张原子的图片，电子在允许的轨道之间上下移动，伴随着吸收或发射能量，包含了本质的特征玻尔原子模型玻尔因此获得了诺贝尔奖诺贝尔奖1922年获得物理学奖。他的基本模型则不然工作然而，在解释比氢更复杂的原子结构细节方面，它做得很好。这需要引入量子力学。在量子力学中，每个绕轨道运行的电子都用一个数学表达式表示，称为a波函数——就像一根振动的吉他弦，沿着电子的轨道铺开。这些波形被称为轨道。另请参阅量子力学:玻尔的原子理论．
电子壳层
在玻尔原子模型的量子力学版本中，每个允许的电子轨道都被分配了一个量子数n从1(离原子核最近的轨道)到∞(对于远离原子核的轨道)。所有具有相同值的轨道n做一个壳。在每个壳层内部，可以有对应于不同旋转速率和轨道方向的亚壳层自旋电子的方向。一般来说，一个壳层离原子核越远，它的亚壳层就越多。看到的．
这种可能轨道的排列方式在很大程度上解释了不同原子的化学性质。理解这一点最简单的方法是想象构建复杂原子从氢加上1质子还有一个电子适当的中子数)。在氢中，能量最低的轨道被称为基态，对应于位于离原子核最近的壳层中的电子。这个壳层中的电子有两种可能的状态，对应于顺时针自旋和逆时针自旋(或者，用物理学家的行话来说，自旋向上和自旋向下)。
其次最复杂的原子是氦它的原子核中有两个质子，还有两个绕轨道运行的电子。这些电子填满了最低能层的两个可用态，产生了所谓的填满能层。下一个原子是锂，有3个电子。因为最近的电子层被填满了，第三个电子进入下一个更高的电子层。这个壳层有容纳8个电子的空间，所以它需要一个有10个电子的原子(霓虹灯)填满前两层。氖原子之后的下一个原子，钠它有11个电子，所以有一个电子进入下一个能级。
到目前为止，三个原子——氢、锂和钠——在最外层都有一个电子。如上所述，正是这些最外层的电子决定了原子的化学性质。因此，这三个元素应该具有相似的属性，事实也是如此。由于这个原因，它们出现在同一列元素周期表元素的(看到周期律)，同样的原理决定了表中每个元素的位置。电子的最外层叫做电子层价壳层决定了原子的化学行为，而这个壳层中的电子数取决于所有内部的壳层被填满后剩下的电子数。