Электроны атома расположены на энергетических уровнях, подуровнях и орбиталях. Электронная конфигурация описывает это расположение. Она записывается в виде последовательности чисел и букв: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰. Например, 4p⁶ — это криптон. Число обозначает главный энергетический уровень. Буква обозначает тип подуровня. Верхний индекс обозначает количество электронов в этом подуровне.

Правила заполнения орбиталей просты. Принцип Ауфбау гласит, что электроны сначала заполняют орбитали с наименьшей энергией. Принцип Паули утверждает, что каждая орбиталь вмещает максимум два электрона с противоположными спинами. Правило Хунда гласит, что внутри подуровня электроны занимают отдельные орбитали с параллельными спинами, прежде чем объединиться в пары. Эти правила предсказывают электронную конфигурацию большинства элементов.

Электронная конфигурация определяет химические свойства. Элементы одной группы имеют одинаковую валентную электронную конфигурацию, поэтому они ведут себя аналогично. У натрия один валентный электрон находится на 3s-орбитали, а у калия — на 4s-орбитали. Оба являются щелочными металлами, которые бурно реагируют с водой. Электронная конфигурация также объясняет периодические закономерности изменения атомного радиуса, энергии ионизации и электроотрицательности.

Исключения из правил встречаются у переходных металлов и некоторых более тяжелых элементов. Например, конфигурации хрома и меди отклоняются от предсказанного порядка, поскольку наполовину или полностью заполненный d-подуровень более стабилен. Эти исключения важны для понимания химии переходных металлов.