Os eletrões de um átomo estão organizados em níveis de energia, subníveis e orbitais. A configuração eletrónica descreve essa organização. Escreve-se como uma série de números e letras: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶, por exemplo, é o crípton. O número representa o nível de energia principal. A letra representa o tipo de subnível. O sobrescrito indica o número de eletrões nesse subnível.

As regras para o preenchimento dos orbitais são simples. O princípio de Aufbau afirma que os eletrões preenchem primeiro os orbitais de menor energia. O princípio da exclusão de Pauli diz que cada orbital comporta, no máximo, dois eletrões com spins opostos. A regra de Hund afirma que, dentro de um subnível, os eletrões ocupam orbitais separados com spins paralelos antes de se emparelharem. Estas regras predizem a configuração eletrónica da maioria dos elementos.

A configuração eletrónica determina as propriedades químicas. Os elementos do mesmo grupo apresentam a mesma configuração eletrónica de valência, razão pela qual se comportam de forma semelhante. O sódio possui um eletrão de valência no orbital 3s. O potássio possui um no orbital 4s. Ambos são metais alcalinos que reagem vigorosamente com a água. A configuração eletrónica explica também as tendências periódicas do raio atómico, da energia de ionização e da eletronegatividade.

As exceções às regras ocorrem nos metais de transição e em alguns elementos mais pesados. O crómio e o cobre, por exemplo, têm configurações que se afastam da ordem prevista porque um subnível d semi-preenchido ou totalmente preenchido é mais estável. Estas exceções são importantes para a compreensão da química dos metais de transição.