金属中的正离子形成的电场是均匀的，价电子不被原子所束缚，可以在整个金属中自由地运动。

该理论假设金属中的外层电子像气体分子一样组成电子气体，在固定温度下，其行为近似于理想气体。在没有外场作用时，金属中的自由电子沿着各方向自由运动，同时假设电子气之间满足经典力学，电子仅和离子实之间产生弹性碰撞，忽略电子与电子，电子与离子实时的库伦作用。通过电子气体的假设，金属内自由电子的分布满足麦克斯韦-玻尔兹曼统计。在外场作用下，金属中的自由电子沿电场方向做加速运动前，同时受到离子实的碰撞，最终电子达到一个相对稳定的漂移速度，产生一定的电流。当温度升高时，产生的电子速度与电场成正比，受到碰撞的几率增加，电导率下降。因而，金属的电阻一般随温度的升高而增大。

玻尔通过引入量子力学给出了氢原子的轨道模型后，索末菲也将量子力学引入了经典自由电子理论，他认为，金属中的自由电子气是一种量子气体，不具备连续的能量，通过在自由电子气体模型的基础上引入量子理论，不再将电子气体近似为经典粒子而是视为费米子，引入费米-狄拉克统计得出量子自由电子气模型。量子自由电子理论在有效解释金属的导电，导热的同时，给出了经典电子理论无法解决的低温下的热容问题的解释。