Vyraujančiame teoriniame atomo modelyje yra keturi kvantiniai skaičiai, apibūdinantys elektronų elgesį. Tai apima pagrindinius, azimutinius, magnetinius ir sukimosi kvantinius skaičius. Kartu šie keturi skaičiai parodo elektrono kvantinę būseną. Kvantinė būsena yra matematinės informacijos rinkinys, reikalingas tam tikrai medžiagos ir energijos sistemai, pavyzdžiui, atomui, apibūdinti. Pagal Pauli kvantinės mechanikos išskyrimo principą, jokie du elektronai negali turėti tų pačių keturių kvantinių skaičių.
Pirmasis iš kvantinių skaičių vadinamas pagrindiniu kvantiniu skaičiumi. Šis skaičius, kuris gali būti bet koks teigiamas sveikasis skaičius, prasidedantis 1, reiškia elektrono orbitos atstumą nuo atomo branduolio. Tačiau skirtingai nuo planetų orbitų, elektronai negali laisvai skrieti bet kokiu atstumu. Atvirkščiai, jie apsiriboja orbita atskirais energijos lygiais arba kvantais – pagrindiniu kvantinės mechanikos principu. Kita vertus, kaip ir planetų orbitose, toliau nuo branduolio skriejantys elektronai turi didesnę kinetinę energiją.
Azimutinis kvantinis skaičius reiškia elektrono atominės orbitos kampinį impulsą. Šis skaičius kažką pasako apie elektrono orbitos aplink branduolį formą. Elektronai gali skrieti aplink branduolį daugiau ar mažiau sferiniais spiečiais arba gali elgtis sudėtingiau. Tačiau elektrono kaip kietosios dalelės, skriejančios aplink branduolį, idėja nėra teisinga. Kvantinės mechanikos neapibrėžtumo principas teigia, kad elektrono padėtis iš esmės yra tikimybės klausimas.
Remiantis kitais kvantiniais skaičiais, magnetinis kvantinis skaičius kažką pasako apie elektrono orbitos orientaciją erdvėje. Ši savybė pirmą kartą buvo atrasta, kai mokslininkai paveikė dujas magnetiniais laukais, o paskui stebėjo, kaip jos sąveikauja su šviesa. Magnetinis kvantinis skaičius taip pat yra susijęs su atominės orbitos energijos lygiais.
Galiausiai sukimosi kvantinis skaičius nurodo vieną iš dviejų elektrono sukimosi būsenų. Nors pagrindinis ir azimutinis kvantinis skaičius išskiria skirtingas elektrono orbitines padėtis, sukimosi kvantinis skaičius gali atskirti du elektronus, esančius kitaip identiškoje kvantinėje būsenoje. Jei du elektronai tame pačiame atome turi tuos pačius tris ankstesnius kvantinius skaičius, jų sukimosi kvantiniai skaičiai turi būti skirtingi. Elektronų sukimas nėra visiškai tas pats „sukimosi“ pojūtis, apie kurį paprastai galvojama, tačiau tai yra vienas elektrono laisvės laipsnis. Jis gali įgyti vieną iš dviejų galimų reikšmių: -1/2 arba +1/2.