Powszechnie wiadomo, że każdy atom zbudowany jest z jądra, które skupia prawie całą masę atomu oraz z krążących wokół jądra elektronów.

Składnikami jądra są nukleony czyli protony i neutrony. Liczba protonów, równa liczbie elektronów to tzw. liczba atomowa. Decyduje ona o lokalizacji pierwiastka w układzie okresowym. Natomiast liczba protonów i neutronów nazywana jest liczbą masową . Masy składników jądra wynoszą:

  • masa protonu = 1.0078 u
  • masa neutronu = 1.0086u

Masa elektronu jest bardzo mała w porównaniu z tymi masami, około 1840 razy mniejsza.

Ponieważ ładunek elektronu jest co do wartości równy ładunkowi protonu, tak więc dzięki równej liczbie obu cząstek w atomie jest on elektrycznie obojętny.

Rozmiary atomów to 10 - 10m, natomiast średnica jąder wynosi około 10m.

Pierwszy model uwzględniający teorię kwantów został sformułowany przez Nielsa Bohra. W tym obrazie atomu ruch elektronów wokół jądra porównywany jest do ruchu planet okrążających Słońce.

Teoria Bohra opierała się na dwóch założeniach. Po pierwsze uczony stwierdził, że elektrony mogą zajmować tylko niektóre "stabilne" orbitale. Każdy z nich ma stałą wartość energii będącej wielokrotnością podstawowego kwantu. Ze względu na to, że orbity są kołowe orbitalny moment pędu elektronów musi być równy całkowitej wielokrotności h / 2, gdzie h - stała Planca. Nie ma natomiast orbit pośrednich.

Ponadto elektrony krążąc wokół jądra nie emitują żadnego promieniowania. Do emisji kwantu h dochodzi tylko w momencie przejścia elektronu z orbity, która ma wyższą energię na orbitę, która ma niższą energię.

Model atomu Bohra doskonale wyjaśnił dlaczego atom emituje tylko niektóre długości fali i pozwolił na uzasadnienie wzoru Balmera w stosunku do atomu wodoru i jonów jednoelektronowych.

Dzięki teorii Bohra było możliwe wyznaczenie zależności dla linii widmowych innych serii, nie tylko serii K.

W dzisiejszych czasach stosuje się jeszcze oznaczanie linii widma promieniowania X zgodnie z założeniami Bohra. I tak kwanty promieniowania , które są emitowane przez atom w wyniku przejścia elektronu na powłokę najbliższą jądru nazywa się promieniowaniem serii K. Następna seria to seria L, czyli promieniowanie powstające przy przeskoku elektronu z wyższych powłok na powłokę drugą z kolei licząc od jądra. W nomenklaturze uwzględnia się również w ramach danej serii numery orbit, na które nastąpił przeskok. Nazywa się je alfa, beta lub gamma.

Okazało się jednak, że teoria atomu Bohra nie sprawdza się do opisu struktury nadsubtelnej np. dubletów bądź tripletów linii widmowych.

Współczesna teoria budowy atomu przypisuje elektronom zestaw 5 liczb kwantowych, które opisują ich stan energetyczny w atomach. Są to: główna liczba kwantowa, orbitalna liczba kwantowa, magnetyczna liczba kwantowa, spinowa liczba kwantowa i magnetyczna spinowa liczba kwantowa. W danym atomie nie mogą istnieć dwa elektrony z identycznym zestawem liczb.

Zgodnie z dualistyczną naturą elektronów można je rozpatrywać zarówno jako falę (fala de Broglie'a) oraz jako cząstkę elementarną.