Le modèle atomique moderne implique un noyau atomique dense contenant un nombre fixe de protons et de neutrons entouré d'un nuage probabiliste d'électrons. Ce modèle a été établi suite à la découverte de propriétés mécaniques quantiques telles que l'onde- dualité particulaire et incertitude.
Contrairement à la représentation de Bohr plus courante de l'atome qui implique des électrons de particules ponctuelles en orbite autour du noyau dans des chemins circulaires fixes, les électrons dans la théorie atomique moderne existent sous forme de formes d'onde entourant le noyau. Ces formes d'onde d'électron présentent à la fois des propriétés de particule et d'onde et sont décrit par l'équation d'onde de Schrödinger. Le principe d'incertitude de la mécanique quantique rend impossible de déterminer exactement où se trouve un électron autour de l'atome ; ainsi, à la place, les volumes qui ont une forte probabilité d'avoir des électrons sont définis. La probabilité dans ces volumes varie entre 0 sur leurs bords, indiquant l'absence totale d'électrons, tendant vers, mais n'atteignant jamais, 1, indiquant une certitude absolue de la présence d'un électron.
Ces volumes sont appelés orbitales et prennent des formes différentes selon le niveau d'énergie et le sous-niveau des électrons. Il existe quatre types d'orbitales, désignées s, p, d et f. L'orbitale s est la plus simple, constituée d'une simple couche sphérique d'électrons. L'orbitale p est plus complexe, constituée d'une forme de double nœud papillon qui s'étend dans trois directions perpendiculaires les unes aux autres. Les orbitales d et f ont une forme encore plus complexe et sont généralement omises des discussions des manuels.
