Współczesny model atomowy obejmuje gęste jądro atomowe zawierające ustaloną liczbę protonów i neutronów otoczoną probabilistyczną chmurą elektronów. Model ten ustalono po odkryciu właściwości mechaniki kwantowej, takich jak fala Dualizm i niepewność cząstek.
W przeciwieństwie do bardziej powszechnego przedstawienia Bohra atomu, który obejmuje elektrony punktowo-punktowe krążące wokół jądra w ustalonych, kołowych ścieżkach, elektrony we współczesnej teorii atomowej istnieją jako kształty fali otaczające jądro. Te kształty fal elektronowych wykazują zarówno własności cząsteczkowe, jak i falowe i są opisane równaniem fal Schrodingera. Zasada nieoznaczoności mechaniki kwantowej uniemożliwia dokładne określenie położenia elektronu wokół atomu; zamiast tego są zdefiniowane objętości o wysokim prawdopodobieństwie posiadania elektronów. Prawdopodobieństwo w tych objętościach mieści się w zakresie od zera na ich krawędziach, wskazując na całkowity brak elektronów, dążąc do, ale nigdy nie osiągając, 1, wskazując absolutną pewność obecności elektronu.
Te objętości są nazywane orbitalami i przyjmują różne kształty w zależności od poziomu energii i poziomu podrzędnego elektronów. Istnieją cztery rodzaje orbitali, oznaczone s, p, d i f. Układ orbitalny jest najprostszy, składa się z prostej sferycznej powłoki elektronów. P orbital jest bardziej złożony, składający się z kształtu o podwójnym kształcie, który rozciąga się w trzech kierunkach, które są prostopadłe do siebie. Orbity d i f są jeszcze bardziej złożone i zwykle pomijane w podręcznikowych dyskusjach.
