Das moderne Atommodell beinhaltet einen dichten Atomkern mit einer festen Anzahl von Protonen und Neutronen, umgeben von einer probabilistischen Elektronenwolke. Dieses Modell wurde nach der Entdeckung quantenmechanischer Eigenschaften wie Wellen- Teilchendualität und Unsicherheit.
Im Gegensatz zu der häufigeren Bohr-Darstellung des Atoms, bei der Punkt-Teilchen-Elektronen den Kern in festen, kreisförmigen Bahnen umkreisen, existieren Elektronen in der modernen Atomtheorie als Wellenformen, die den Kern umgeben. Diese Elektronenwellenformen weisen sowohl Teilchen- als auch Welleneigenschaften auf und sind beschrieben durch die Schrödinger-Wellengleichung. Die Unschärferelation der Quantenmechanik macht es unmöglich, genau zu bestimmen, wo sich ein Elektron um das Atom herum befindet; stattdessen werden Volumina definiert, die mit hoher Wahrscheinlichkeit Elektronen enthalten. Die Wahrscheinlichkeit in diesen Volumina liegt zwischen Nullen an ihren Rändern, was auf die vollständige Abwesenheit von Elektronen hinweist, die zu 1 tendiert, aber nie erreicht, was eine absolute Sicherheit der Anwesenheit eines Elektrons anzeigt.
Diese Volumina werden Orbitale genannt und nehmen je nach Energieniveau und Unterniveau der Elektronen unterschiedliche Formen an. Es gibt vier Arten von Orbitalen, die mit s, p, d und f bezeichnet werden. Das s-Orbital ist das einfachste und besteht aus einer einfachen kugelförmigen Elektronenschale. Das p-Orbital ist komplexer und besteht aus einer Doppelfliege, die sich in drei zueinander senkrechte Richtungen erstreckt. Die d- und f-Orbitale haben eine noch komplexere Form und werden normalerweise in Lehrbuchdiskussionen weggelassen.
