Prema kvantnomehaničkom modelu atoma, glavna pretpostavka je da se elektron ponaša kao čestica i kao val (dualna priroda elektrona). Iz tog razloga elektronu se ne može istovremeno odrediti položaj i brzina jer ako mu se točno odredi položaj u nekom trenutku, to se manje točno može odrediti količina gibanja tog elektrona. Navedeno je poznato kao Heisenbergovo načelo neodređenosti.
Svako stanje u kojem se elektron nalazi opisuje se njegovom energijom i valnom funkcijom Ψ. Elektroni se u atomu nalaze u elektronskom oblaku oko jezgre. Kvadrat valne funkcije Ψ2, daje vjerojatnost nalaženja elektrona u nekom položaju x, u vremenu t (u oblaku elektrona). Raspodjela vjerojatnosti nalaženja elektrona prikazuje se orbitalom, a postoji nekoliko modela orbitala.
Energija elektrona u atomu je kvantizirana, a stanje elektrona određeno je s četiri kvantna broja.
Glavni kvantni broj, n, je broj ljuske u kojoj se elektron nalazi te on može biti broj od 1 do 7 (n = 1, 2,... 7).
Orbitalni kvantni broj, l, određuje oblik elektronskog oblaka te se njegova vrijednost kreće od 0 do n-1 (l = 0,1,..., n-1). Orbitalni kvantni broj govori o vrsti orbitale pa tako ako je l = 0 tada je riječ o s-orbitali, ako je l = 1 tada je riječ o p-orbitali, ako je l = 2 tada je riječ o d-orbitali, ako je l = 3 tada je riječ o f-orbitali.
Pr. Ukoliko je n = 3, tada l može poprimiti vrijednosti 0, 1 i 2.
Magnetski kvantni broj, ml, opiuje orbitalu te njegova vrijednost ide od -l do l (ml = -l - l).
Pr. Ukoliko je l = 2, tada ml može poprimiti vrijednosti -2, -1, 0, 1 i 2.
Spinski kvantni broj, ms, određuje spin elektrona te može poprimiti samo 2 vrijednosti (ms = -1/2, +1/2).
U sljedećoj tablici prikazano je kako se određuju kvantni brojevi u odnosu jedan na drugi.
