O modelo atômico moderno envolve um núcleo atômico denso contendo um número fixo de prótons e nêutrons rodeado por uma nuvem probabilística de elétrons. Este modelo foi estabelecido após a descoberta de propriedades mecânicas quânticas, como ondas dualidade e incerteza das partículas.
Ao contrário da representação mais comum de Bohr do átomo, que envolve elétrons de partícula pontual orbitando o núcleo em caminhos circulares fixos, os elétrons na teoria atômica moderna existem como formas de onda ao redor do núcleo. Essas formas de onda de elétrons exibem propriedades de partícula e onda e são descrito pela equação de onda de Schrodinger. O princípio da incerteza da mecânica quântica torna impossível determinar exatamente onde um elétron está ao redor do átomo; então, em vez disso, os volumes que têm uma alta probabilidade de ter elétrons são definidos. A probabilidade nesses volumes varia entre 0s em suas bordas, indicando a ausência completa de elétrons, tendendo a, mas nunca alcançando, 1, indicando uma certeza absoluta da presença de um elétron.
Esses volumes são chamados de orbitais e assumem formas diferentes dependendo do nível de energia e do subnível dos elétrons. Existem quatro tipos de orbitais, designados s, p, d e f. O orbital s é o mais simples, consistindo em uma camada esférica simples de elétrons. O orbital p é mais complexo, consistindo em uma forma de laço duplo que se estende em três direções perpendiculares entre si. Os orbitais d e f têm formas ainda mais complexas e geralmente são omitidos nas discussões dos livros didáticos.
