परमाणु के इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्तरों, उपस्तरों और कक्षकों में व्यवस्थित होते हैं। इलेक्ट्रॉन विन्यास इस व्यवस्था का वर्णन करता है। इसे संख्याओं और अक्षरों की एक श्रृंखला के रूप में लिखा जाता है: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰। उदाहरण के लिए, 4p⁶ क्रिप्टन है। संख्या मुख्य ऊर्जा स्तर है। अक्षर उपस्तर का प्रकार है। सुपरस्क्रिप्ट उस उपस्तर में इलेक्ट्रॉनों की संख्या है।

ऑर्बिटल्स को भरने के नियम सरल हैं। औफबाउ सिद्धांत के अनुसार, इलेक्ट्रॉन सबसे पहले सबसे कम ऊर्जा वाले ऑर्बिटल्स में प्रवेश करते हैं। पाउली अपवर्जन सिद्धांत के अनुसार, प्रत्येक ऑर्बिटल में अधिकतम दो इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं जिनके स्पिन विपरीत दिशा में हों। हुंड का नियम कहता है कि एक सबलेवल के भीतर, इलेक्ट्रॉन युग्मन बनाने से पहले समानांतर स्पिन वाले अलग-अलग ऑर्बिटल्स में रहते हैं। ये नियम अधिकांश तत्वों के इलेक्ट्रॉन विन्यास की भविष्यवाणी करते हैं।

इलेक्ट्रॉन विन्यास रासायनिक गुणों को निर्धारित करता है। एक ही समूह के तत्वों का संयोजी इलेक्ट्रॉन विन्यास समान होता है, यही कारण है कि उनका व्यवहार एक जैसा होता है। सोडियम में 3s कक्षक में एक संयोजी इलेक्ट्रॉन होता है। पोटेशियम में 4s कक्षक में एक संयोजी इलेक्ट्रॉन होता है। दोनों क्षार धातुएँ हैं जो जल के साथ तीव्र अभिक्रिया करती हैं। यह विन्यास परमाणु त्रिज्या, आयनीकरण ऊर्जा और विद्युत ऋणात्मकता में आवर्त प्रवृत्तियों की व्याख्या भी करता है।

संक्रमण धातुओं और कुछ भारी तत्वों में नियमों के अपवाद पाए जाते हैं। उदाहरण के लिए, क्रोमियम और तांबे में ऐसी संरचनाएँ होती हैं जो अनुमानित क्रम से भिन्न होती हैं क्योंकि आधा भरा हुआ या पूरी तरह भरा हुआ d उपस्तर अधिक स्थिर होता है। ये अपवाद संक्रमण धातुओं के रसायन को समझने के लिए महत्वपूर्ण हैं।