Vào đầu thế kỉ 20, một số mô hình nguyên tử được ra đời để giải thích cho cấu tạo của nguyên tử nhưng tuy nhiên các mô hình này không cung cấp một mô tả đầy đủ về trạng thái của các electron trong nguyên tử cũng như nhiều tính chất khác.
Từ đó dẫn đến việc phải có một mô hình mới ra đời: Mô hình hiện đại được đề xuất bởi nhà vật lý người Áo Erwin Schrödinger vào năm 1926. Theo mô hình hiện đại về nguyên tử, electron chuyển động rất nhanh trong cả khu vực không gian xung quanh hạt nhân với xác xuất tìm thấy các hạt electron là khác nhau, sự chuyển động này không theo một quỹ đạo nhất định và nó tạo thành một hình ảnh giống như đám mây electron (Hình vẽ dưới). Tuy nhiên, ta có thể xác định được vùng không gian xung quanh hạt nhân mà tại đó xác xuất tìm thấy electron là lớn nhất (khoảng 90%) và vùng không gian này gọi là Orbital nguyên tử (Atomic orbital – kí hiệu là AO).

Hình vẽ. Đám mây electron
Các electron sẽ được chia thành các lớp gọi là lớp electron. Số lớp electron (n) thể hiện kích thước của orbital nguyên tử. Giá trị n càng nhỏ thì kích thước orbital nguyên tử càng nhỏ, electron thuộc các lớp này càng gần hạt nhân và sẽ càng bị hút mạnh hơn về phía hạt nhân, dẫn đến electron sẽ có mức năng lượng thấp hơn so với electron thuộc các lớp ở xa hạt nhân, giá trị n lớn. Số lớp electron có thể có các giá trị nguyên là 1, 2, 3, …