Електронів, що обертаються навколо ядра атома, відповідає порядковому номеру елемента в періодичній системі. Електрони розташовані по шарах, тобто кожному шару належить визначене що заповнюють чи насичують його число електронів. Електрони того самого шару характеризуються майже однаковим запасом енергії, тобто знаходяться приблизно на однаковому енергетичному рівні. Вся оболонка атома розпадається на кілька енергетичних рівнів. Електрони кожного наступного шару знаходяться на більш високому енергетичному рівні, ніж електрони попереднього шару. Найбільше число електронів N, що можуть знаходитися на даному енергетичному рівні, дорівнює подвоєному квадрату номера шару:
де n-номер шару.
Крім того, встановлено, що число електронів в зовнішньому шарі для всіх елементів, крім паладію, не перевищує восьми, а в передостанньому - вісімнадцяти.
Принципи заповнення атомних орбіталей:
1. Принцип мінімуму енергії. Електрони прагнуть насамперед зайняти ближні до ядра орбіталі з найменшою енергією (1s).
2. Принцип Паулі. в системі (атомі) не може бути двох електронів, що характеризуються одним і тим же набором чотирьох квантових чисел. Або: на одній орбіталі можуть перебувати тільки два електрони (вони відрізняються по спину).
3. Правило Гунда. кожна система прагне мати максимальний спин (максимальне число неспарених електронів).
4. Правило Клечковского. Заповнення орбіталей відбувається не по зростанню n, а по зростанню n + l, при однакових n + l в порядку зростання n:
Виняток становлять d- і f- елементи з повністю або наполовину заповненими подоболочкі, у яких спостерігається так званий провал електронів, наприклад: Cu, Ag, Cr, Mo, Pd, Pt. Слід звернути увагу на невизначеність записи 4f ≈ 5d і 5f ≈ 6d. Виявилося, що у одних елементів нижчу енергію має 4f -подуровень, а у інших - 5d -подуровень. Те ж саме спостерігається для 5f - і 6d -подуровней. Атом елемента описується певною електронною конфігурацією (електронної формулою), знаючи яку, можна зробити припущення про хімічні властивості цього елемента.