Il moderno modello atomico coinvolge un denso nucleo atomico contenente un numero fisso di protoni e neutroni circondati da una nuvola probabilistica di elettroni. Questo modello è stato stabilito in seguito alla scoperta di proprietà meccaniche quantistiche come dualità e incertezza delle particelle.
Diversamente dalla più comune rappresentazione di Bohr dell'atomo che coinvolge gli elettroni di particelle in orbita attorno al nucleo in percorsi fissi e circolari, gli elettroni nella teoria atomica moderna esistono come forme d'onda che circondano il nucleo. Queste forme d'onda di elettrone mostrano proprietà sia delle particelle che delle onde e sono descritto dall'equazione delle onde di Schrodinger. Il principio di indeterminazione della meccanica quantistica rende impossibile determinare esattamente dove si trovi un elettrone attorno all'atomo; così invece, i volumi che hanno un'alta probabilità di avere elettroni sono definiti. La probabilità in questi volumi varia tra 0 ai loro bordi, indicando la completa assenza di elettroni, tendente a, ma mai raggiungendo, 1, che indica una certezza assoluta della presenza di un elettrone.
Questi volumi sono chiamati orbitali e prendono forme diverse a seconda del livello di energia e del sottolivello degli elettroni. Esistono quattro tipi di orbitali, designati s, p, d e f. L'orbitale s è la più semplice, costituita da un semplice guscio sferico di elettroni. Il p orbital è più complesso, costituito da una forma a doppio arco che si estende in tre direzioni che sono perpendicolari l'una all'altra. Gli orbitali d e f hanno una forma ancora più complessa e vengono generalmente esclusi dalle discussioni sui libri di testo.
