正如其他
基本粒子，电子遵从
量子物理学，而不是一般的
经典物理学；电子也因此有
波粒二象性。而且，根据量子物理学中的《
哥本哈根诠释》，任一特定电子的确实位置是不会知道的（
轨道及轨迹放到一旁不计），直至侦测活动进行使电子被侦测到。在空间中，该测量将会检测的电子在某一特定点的概率，和在这一点上的
波函数的
绝对值的
平方成
正比。
电子能够由发射或吸收一个
量子的能量从一个
能级跃迁到另一个能级，其形式是一个
光子。由于
泡利不相容原理，没有两个以上的电子可以存在于某个原子轨道（轨道不等于电子层）；因此，一个电子只可跨越到另有空缺位置的轨道。
知道不同的原子的电子构型有助了解
元素周期表中的元素的结构。这个概念也有用于描述约束原子的多个
化学键。在散装物料的研究中这一理念可以说明
激光器和
半导体的奇特性能。
作为
薛定谔方程的解，原子轨道的种类取决于
主量子数（n）、
角量子数（l）和
磁量子数（ml）。其中，主量子数就相当于电子层，角量子数相当于亚层，而磁量子数决定了原子轨道的伸展方向。另外，每个原子轨道里都可以填充两个电子，所以对于电子，需要再加一个自旋磁量子数（ms），一共四个量子数。
n可以取任意
正整数。在n取一定值时，l可以取小于n的
自然数，ml可以取 -l到 +l。不论什么轨道，ms都只能取±1/2，两个电子自旋相反。因此，
s轨道（l=0）上只能填充2个电子，
p轨道（l=1）上能填充6个，一个轨道填充的电子数为4l+2。
具有角量子数0、1、2、3的轨道分别叫做
s轨道、
p轨道、d轨道、f轨道。之后的轨道名称，按字母顺序排列，如角量子数l=4时叫g轨道。
电子的排布情况，即“
电子构型”，是元素性质的决定性因素。为了达到全充满、半充满、全空的稳定状态，不同的原子选择不同的方式。具有同样
价电子构型的原子，理论上得或失电子的趋势是相同的，这就是同一族元素性质相近的原因；同一族元素中，由于周期越高，价电子的能量就越高，就越容易失去。
元素周期表中的区块是根据价电子构型的显著区别划分的。不同区的元素性质差别同样显著：如
s区元素只能形成简单的离子，而d区的
过渡金属可以形成
配合物。