价电子的解释和系统化是19世纪化学家面临的主要挑战。由于对其原因没有任何令人满意的理论，大部分工作集中在设计上经验确定元素化合价的规则。元素的特征价是根据元素的原子数来测定的氢元素的原子可以与之结合，或者它可以取代元素的原子复合。然而，很明显，许多元素的化合价在不同的地方是不同的化合物。对化合价和化学组合作出令人满意的解释的第一步是由美国化学家迈出的G.N.刘易斯(1916年)发现了有机化合物的化学键，即由两个原子结合在一起的一对电子使它们结合在一起。同年，德国物理学家W.科塞尔讨论了带电原子(离子)之间化学键的性质。在元素周期系统的详细电子理论发展之后，价电子理论在电子结构和原子间作用力方面被重新表述。这种情况导致了几个新概念的引入——离子价、共价、氧化值，配位数即金属价，对应于原子相互作用的不同模式。