Elektron suatu atom tersusun dalam tingkat energi, subtingkat, dan orbital. Konfigurasi elektron menggambarkan susunan tersebut. Konfigurasi elektron ditulis sebagai serangkaian angka dan huruf: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10. Misalnya, 4p6 adalah kripton. Angka tersebut menunjukkan tingkat energi utama. Huruf tersebut menunjukkan jenis subtingkat. Angka pangkat menunjukkan jumlah elektron dalam subtingkat tersebut.

Aturan pengisian orbital cukup sederhana. Prinsip Aufbau menyatakan bahwa elektron mengisi orbital energi terendah terlebih dahulu. Prinsip pengecualian Pauli menyatakan bahwa setiap orbital dapat menampung maksimal dua elektron dengan spin berlawanan. Aturan Hund menyatakan bahwa dalam suatu subtingkat, elektron menempati orbital terpisah dengan spin sejajar sebelum berpasangan. Aturan-aturan ini memprediksi konfigurasi elektron sebagian besar unsur.

Konfigurasi elektron menentukan sifat-sifat kimia. Unsur-unsur dalam golongan yang sama memiliki konfigurasi elektron valensi yang sama, itulah sebabnya mereka berperilaku serupa. Natrium memiliki satu elektron valensi di orbital 3s. Kalium memiliki satu di orbital 4s. Keduanya adalah logam alkali yang bereaksi hebat dengan air. Konfigurasi ini juga menjelaskan tren periodik pada jari-jari atom, energi ionisasi, dan elektronegativitas.

Pengecualian terhadap aturan terjadi pada logam transisi dan beberapa unsur yang lebih berat. Kromium dan tembaga, misalnya, memiliki konfigurasi yang menyimpang dari urutan yang diprediksi karena subtingkat d yang terisi setengah atau penuh lebih stabil. Pengecualian ini penting untuk memahami kimia logam transisi.