Le quatrième niveau d'énergie principal dans le modèle atomique standard diffère des trois niveaux précédents en ce qu'il est le premier niveau à avoir un sous-niveau f et des orbitales. Le nombre d'électrons qui peuvent occuper le quatrième niveau obéit à la règle d'occupation de deux n au carré, 32 électrons.
Les niveaux d'énergie principaux sont définis par le nombre quantique principal, auquel peut être attribuée une valeur alphabétique. Le nombre quantique principal ne peut avoir que des valeurs entières positives et est directement proportionnel à la taille de l'orbite et à la probabilité qu'un électron soit plus éloigné du noyau. Un nombre quantique principal plus grand correspond à une énergie potentielle électronique plus grande, ce qui permet à cet électron de quitter plus facilement l'atome.
Le n dans la règle d'occupation de deux n au carré est ce nombre quantique principal. À mesure que le nombre quantique augmente, l'énergie et le nombre d'électrons du niveau correspondant augmentent également. Parce que chaque électron d'un niveau d'énergie plus éloigné et plus peuplé a plus d'énergie potentielle que les électrons plus proches du noyau, un niveau d'énergie supérieur rempli a toujours plus d'énergie qu'un niveau intérieur rempli.
Les électrons sont plus susceptibles de se trouver dans certaines régions d'un niveau d'énergie que dans d'autres. Ces régions à forte probabilité d'occupation ont des formes spécifiques et sont appelées orbitales, qui sont regroupées en sous-niveaux. Le premier niveau d'énergie n'a qu'une orbitale s. Le deuxième niveau a une orbitale s et p. Le troisième niveau a des orbitales s, p et d. Le quatrième niveau est le premier à présenter les orbitales s, p, d et f.
