Τα ηλεκτρόνια ενός ατόμου είναι διατεταγμένα σε ενεργειακά επίπεδα, υποεπίπεδα και τροχιακά. Η διαμόρφωση ηλεκτρονίων περιγράφει αυτή τη διάταξη. Γράφεται ως μια σειρά αριθμών και γραμμάτων: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 Το 4p6, για παράδειγμα, είναι κρυπτό. Ο αριθμός είναι το κύριο ενεργειακό επίπεδο. Το γράμμα είναι ο τύπος του υποεπιπέδου. Ο εκθέτης είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε αυτό το υποεπίπεδο.

Οι κανόνες για την πλήρωση των τροχιακών είναι απλοί. Η αρχή Aufbau ορίζει ότι τα ηλεκτρόνια γεμίζουν πρώτα τα τροχιακά με τη χαμηλότερη ενέργεια. Η αρχή αποκλεισμού Pauli ορίζει ότι κάθε τροχιακό περιέχει το πολύ δύο ηλεκτρόνια με αντίθετα σπιν. Ο κανόνας του Hund ορίζει ότι μέσα σε ένα υποεπίπεδο, τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν ξεχωριστά τροχιακά με παράλληλα σπιν πριν συνδεθούν. Αυτοί οι κανόνες προβλέπουν τη διαμόρφωση ηλεκτρονίων των περισσότερων στοιχείων.

Η διαμόρφωση ηλεκτρονίων καθορίζει τις χημικές ιδιότητες. Τα στοιχεία στην ίδια ομάδα έχουν την ίδια διαμόρφωση ηλεκτρονίων σθένους, γι' αυτό και συμπεριφέρονται παρόμοια. Το νάτριο έχει ένα ηλεκτρόνιο σθένους στο τροχιακό 3s. Το κάλιο έχει ένα στο τροχιακό 4s. Και τα δύο είναι αλκαλιμέταλλα που αντιδρούν έντονα με το νερό. Η διαμόρφωση εξηγεί επίσης τις περιοδικές τάσεις στην ατομική ακτίνα, την ενέργεια ιονισμού και την ηλεκτραρνητικότητα.

Εξαιρέσεις από τους κανόνες εμφανίζονται σε μεταβατικά μέταλλα και σε ορισμένα βαρύτερα στοιχεία. Το χρώμιο και ο χαλκός, για παράδειγμα, έχουν διαμορφώσεις που αποκλίνουν από την προβλεπόμενη τάξη επειδή ένα μισογεμάτο ή πλήρως γεμάτο υποεπίπεδο d είναι πιο σταθερό. Αυτές οι εξαιρέσεις είναι σημαντικές για την κατανόηση της χημείας των μεταβατικών μετάλλων.