تُرتّب الإلكترونات في الذرة في مستويات طاقة مُحددة، وليس بشكل عشوائي. تُشبه هذه المستويات "مدارات" تدور فيها الإلكترونات حول النواة، ولكن هذا التشبيه مبسّط بعض الشيء. في الواقع، توصف مواقع الإلكترونات بـ "سحابة إلكترونية" لها احتمالية وجود الإلكترون فيها.

تتميز مستويات الطاقة بالخصائص التالية :

*

كمومية الطاقة:

لا تستطيع الإلكترونات امتلاك أيّ مقدار من الطاقة، بل فقط قيم مُحددة تُسمّى "مستويات الطاقة الكمية". هذا يعني أن انتقال الإلكترون من مستوى طاقة إلى آخر يتطلب امتصاص أو إطلاق كمية مُحددة من الطاقة (فوتون).

*

الأعداد الكمية:

يوصف كل مستوى طاقة بأعداد كمية مُحددة تُحدد شكل وحجم و اتجاه سحابة الإلكترون. أهم هذه الأعداد:
*

العدد الكمي الرئيسي (n):

يُحدد مستوى الطاقة الرئيسي، قيمته عدد صحيح موجب (n = 1, 2, 3,...). كلما زادت قيمة n، زادت طاقة المستوى و بعده عن النواة. المستويات تُرمز لها أحياناً بالحروف K, L, M, N... حيث K يقابل n=1، L يقابل n=2، وهكذا.
* العدد الكمي الثانوي (l):

يُحدد شكل المدار، وله قيم من 0 إلى n-1. يمثل l=0 مدارات كروية (s)، و l=1 مدارات ذات شكل دمبل (p)، و l=2 مدارات أكثر تعقيداً (d)، وهكذا.
*

العدد الكمي المغناطيسي (ml):

يُحدد اتجاه المدار في الفضاء، وله قيم من -l إلى +l، بما في ذلك الصفر.
* العدد الكمي المغزلي (ms):

يُحدد اتجاه دوران الإلكترون حول محوره، وله قيمتان فقط: +1/2 أو -1/2.

*

ملء مستويات الطاقة:

تمتلئ مستويات الطاقة بالإلكترونات وفقاً لمبدأ أوفباو (Aufbau principle)، الذي ينص على أن الإلكترونات تمتلئ أولاً في المستويات الأقل طاقة، ثم تنتقل إلى المستويات الأعلى طاقة. كما يخضع ملء المدارات لمبدأ باولي للاستبعاد (Pauli Exclusion Principle)، الذي ينص على أنه لا يمكن أن يحتوي مدار على أكثر من إلكترونين، بشرط أن يكون لهما قيم مغزلية مُعاكسة.

*

الطاقة المُرتبطة بمستوى الطاقة:

الإلكترونات في المستويات ذات الطاقة المنخفضة تكون مرتبطة بقوة بالنواة، بينما الإلكترونات في المستويات ذات الطاقة الأعلى تكون مرتبطة بشكل أضعف.

باختصار، مستويات الطاقة في الذرة هي هيكل مُنظّم يُحدد توزيع الإلكترونات وخواص الذرة الكيميائية والفيزيائية. فهم هذا الهيكل ضروري لفهم التفاعلات الكيميائية وخصائص المواد.