En düşük enerjili haline sahip bir atom ya da molekül, temel hale denir. Bu durumda, elektronlar temel enerji seviyelerinde bulunurlar ve atomun en kararsız olmayan, en düşük enerji halidir.

Uyarılma enerjisi, atomların temel enerji seviyesinden daha yüksek enerji seviyelerine geçmek için absorbe etmeleri gereken enerji miktarıdır. Atomlar, dış etkilerle (ışık, sıcaklık gibi) uyarıldıklarında bu enerji miktarını alırlar ve yüksek enerji seviyelerine geçerler. Sonrasında ise ışıma yaparak temel enerji seviyesine geri dönerler.

En yüksek enerjili orbitali bulmak için Kletchkowski–Madelung İlkesi kullanılır. Bu ilkeye göre, elektronlar önce (n + l) değeri küçük olan orbitalara yerleşirler çünkü bu durumda orbital enerjisi daha düşüktür. Eğer (n + l) değerleri eşitse, orbital sayısı daha büyük olan yüksek enerjili orbitale yerleşirler.

Atom uyarıldığında, temel halden daha yüksek enerji seviyelerine geçer ve ışıma yaparak tekrar temel hale döner. Bu durum atomun kararlı hale geçme eğiliminden kaynaklanır.

Herhangi bir enerji seviyesindeki orbital sayısı n^2 olarak hesaplanır, burada n enerji seviyesinin tam sayı değeridir. Bu enerji seviyesinin alabileceği toplam elektron sayısı ise 2n^2 şeklinde hesaplanır.

Atom etrafındaki yörüngelerde en fazla kaç elektron bulunabileceği, enerji seviyesine ve kabul edebileceği toplam elektron sayısına bağlı olarak belirlenir. Örneğin, K enerji seviyesinde maksimum 2 elektron bulunabilirken, N enerji seviyesinde bu sayı 32 elektrona kadar çıkabilir.

Elektron sayısını hesaplamak için, atomun yükünü (proton sayısı) atom numarasından çıkararak kalan elektron sayısını bulabilirsiniz. Bu şekilde, pozitif veya negatif bir iyon durumundaki elektron sayısını belirlemek mümkün olur.