A teoria quântica explica com sucesso a emissão de radiação por sólidos aquecidos, sendo que átomos e moléculas emitem energia radiante em pequenas quantidades discretas (quanta), e não de modo contínuo, de acordo com a expressão E = h u, em que E é a energia da radiação, h é a constante de Rydberg, e u é o comprimento de onda da radiação.

Diz-se que um elétron em seu estado de energia mais estável está no estado fundamental, e um elétron em estado de energia superior ao estado fundamental está em seu estado excitado. No modelo de Bohr, um elétron emite um fóton quando retorna de um estado de menor energia (estado fundamental) para um estado de energia maior (estado excitado). A liberação de quantidades de energia específicas na forma de fótons é coerente com as linhas observadas no espectro de emissão do átomo de hidrogênio.

A descrição da luz como onda-partícula proposta por Einstein foi estendida por de Broglie para toda a matéria que está em movimento. O comprimento de onda de uma partícula em movimento, de massa m e velocidade u, é dado pela equação formulada por de Broglie BB = \frac{h}{mu}.

A equação de Schrödinger dá os estados de energia possíveis para um elétron em um átomo polieletrônico e a probabilidade de se localizá-lo em uma região particular a redor do núcleo. Esses resultados podem ser aplicados com uma precisão razoável aos átomos monoeletrônicos.

O arranjo mais estável dos elétrons em uma subcamada é aquele que apresenta o maior número de spins antiparalelos (regra de Aufbau). Já a regra de Hund dá uma orientação para construir os elementos, ou seja, preencher os orbitais atômicos com elétrons, resultando em sua configuração eletrônica.