Na rozdíl od planet obíhajících kolem Slunce se elektrony nemohou nacházet v libovolné vzdálenosti od jádra; mohou existovat pouze v určitých specifických polohách, které se nazývají povolené oběžné dráhy. Tato vlastnost, kterou poprvé vysvětlil dánský fyzik Niels Bohr v roce 1913, je dalším výsledkem kvantové mechaniky – konkrétně požadavku, aby úhlový moment hybnosti elektronu na oběžné dráze, stejně jako vše ostatní v kvantovém světě, přicházel v diskrétních svazcích zvaných kvanta.
Encyclopædia Britannica, Inc.
V Bohrově atomu se elektrony vyskytují pouze na povolených orbitách a tyto povolené orbity mají různé energie. Orbity jsou analogické souboru schodů, na nichž je gravitační potenciální energie pro každý schod jiná a na nichž se kulička může nacházet na kterémkoli schodu, ale nikdy mezi nimi.
Zákony kvantové mechaniky popisují proces, při němž se elektrony mohou pohybovat z jedné povolené orbity neboli energetické hladiny na jinou. Stejně jako mnoho jiných procesů v kvantovém světě si tento proces nelze představit. Elektron zmizí z oběžné dráhy, na které se nachází, a znovu se objeví na svém novém místě, aniž by se mezi tím objevilo nějaké místo. Tento proces se nazývá kvantový skok nebo kvantový přeskok a v makroskopickém světě nemá obdoby.
Protože různé oběžné dráhy mají různou energii, kdykoli dojde ke kvantovému skoku, energie, kterou elektron po skoku disponuje, bude jiná. Pokud například elektron přeskočí z vyšší energetické hladiny na nižší, ztracená energie se bude muset někam ztratit a ve skutečnosti ji atom vyzáří ve svazku elektromagnetického záření. Tento svazek se nazývá foton a toto vyzařování fotonů se změnou energetické hladiny je proces, při kterém atomy vyzařují světlo. Viz také laser.
Stejným způsobem, pokud je atomu dodána energie, může elektron tuto energii využít ke kvantovému skoku z nižší na vyšší oběžnou dráhu. Tuto energii lze dodat mnoha způsoby. Jedním z běžných způsobů je, že atom absorbuje foton o správné frekvenci. Například když na atom svítíme bílým světlem, selektivně absorbuje ty frekvence, které odpovídají energetickým rozdílům mezi povolenými orbitami.
Každý prvek má jedinečný soubor energetických hladin, a tak frekvence, na kterých absorbuje a vyzařuje světlo, fungují jako jakýsi otisk prstu, který identifikuje konkrétní prvek. Tato vlastnost atomů dala vzniknout spektroskopii, vědě věnované identifikaci atomů a molekul podle druhu záření, které vyzařují nebo absorbují.
Tento obraz atomu s elektrony pohybujícími se nahoru a dolů mezi povolenými orbitami, doprovázený absorpcí nebo emisí energie, obsahuje základní rysy Bohrova atomového modelu, za který Bohr v roce 1922 obdržel Nobelovu cenu za fyziku. Jeho základní model však nefunguje dobře při vysvětlování detailů struktury atomů složitějších než vodík. To vyžaduje zavedení kvantové mechaniky. V kvantové mechanice je každý obíhající elektron reprezentován matematickým vyjádřením známým jako vlnová funkce – něco jako vibrující kytarová struna rozložená podél dráhy dráhy elektronu. Tyto vlnové funkce se nazývají orbitaly. Viz také kvantová mechanika: Bohrova teorie atomu.