Electronii unui atom sunt aranjați în niveluri de energie, subniveluri și orbitali. Configurația electronică descrie această aranjare. Se scrie ca o serie de numere și litere: 1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 4s² 3d10 4p6, de exemplu, este kripton. Numărul este nivelul principal de energie. Litera este tipul de subnivel. Exponentul este numărul de electroni din acel subnivel.

Regulile pentru umplerea orbitalilor sunt simple. Principiul Aufbau spune că electronii umplu mai întâi orbitalii cu cea mai mică energie. Principiul de excluziune Pauli spune că fiecare orbital conține maximum doi electroni cu spini opuși. Regula lui Hund spune că, într-un subnivel, electronii ocupă orbitali separați cu spini paraleli înainte de a se împerechea. Aceste reguli prezic configurația electronică a majorității elementelor.

Configurația electronică determină proprietățile chimice. Elementele din același grup au aceeași configurație electronică de valență, motiv pentru care se comportă similar. Sodiul are un electron de valență pe orbitalul 3s. Potasiul are unul pe orbitalul 4s. Ambele sunt metale alcaline care reacționează viguros cu apa. Configurația explică, de asemenea, tendințele periodice ale razei atomice, energiei de ionizare și electronegativității.

Excepții de la reguli apar la metalele de tranziție și la unele elemente mai grele. Cromul și cuprul, de exemplu, au configurații care deviază de la ordinea prezisă, deoarece un subnivel d pe jumătate umplut sau complet umplut este mai stabil. Aceste excepții sunt importante pentru înțelegerea chimiei metalelor de tranziție.