Toisin kuin aurinkoa kiertävät planeetat, elektronit eivät voi olla millään mielivaltaisella etäisyydellä ytimestä, vaan ne voivat olla vain tietyissä paikoissa, joita kutsutaan sallituiksi kiertoradoiksi. Tämä ominaisuus, jonka tanskalainen fyysikko Niels Bohr selitti ensimmäisen kerran vuonna 1913, on toinen kvanttimekaniikan tulos – tarkemmin sanottuna vaatimus siitä, että kiertoradalla olevan elektronin, kuten kaiken muunkin kvanttimaailmassa, kulmavauhti tulee erillisinä kimpuina, joita kutsutaan kvanteiksi.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Boorin atomissa elektroneja on vain sallituilla radoilla, ja näillä sallituilla radoilla on eri energioita. Kiertoradat ovat analogisia portaiden kanssa, joissa painovoimapotentiaalienergia on erilainen jokaisella askelmalla ja joissa pallo voi löytyä miltä tahansa askelmalta, mutta ei koskaan niiden väliltä.
Kvanttimekaniikan lait kuvaavat prosessia, jolla elektronit voivat siirtyä sallitulta kiertoradalta eli energiatasolta toiselle. Kuten monia prosesseja kvanttimaailmassa, tätä prosessia on mahdotonta visualisoida. Elektroni katoaa kiertoradalta, jolla se on, ja ilmestyy uudelleen uuteen paikkaansa esiintymättä koskaan missään välissä. Tätä prosessia kutsutaan kvanttihypyksi tai kvanttihypyksi, eikä sillä ole analogiaa makroskooppisessa maailmassa.
Koska eri radoilla on erilaiset energiat, aina kun tapahtuu kvanttihyppy, elektronin hallussa oleva energia on erilainen hypyn jälkeen. Jos elektroni esimerkiksi hyppää korkeammalta energiatasolta matalammalle energiatasolle, menetetyn energian on mentävä jonnekin, ja itse asiassa se lähtee atomista sähkömagneettisen säteilyn kimppuna. Tätä nippua kutsutaan fotoniksi, ja tämä fotonien emissio energiatasojen vaihtuessa on prosessi, jonka avulla atomit säteilevät valoa. Ks. myös laser.
Vaikka atomiin lisätään energiaa, elektroni voi käyttää tätä energiaa tehdäkseen kvanttihypyn alemmalta radalta korkeammalle radalle. Tämä energia voidaan antaa monella tavalla. Yksi yleinen tapa on, että atomi absorboi fotonin, jonka taajuus on juuri oikea. Kun atomiin esimerkiksi kohdistetaan valkoista valoa, se absorboi valikoivasti niitä taajuuksia, jotka vastaavat sallittujen ratojen välisiä energiaeroja.
Kullakin alkuaineella on yksilöllinen joukko energiatasoja, joten taajuudet, joilla se absorboi ja emittoi valoa, toimivat eräänlaisena sormenjälkenä, joka tunnistaa tietyn alkuaineen. Tämä atomien ominaisuus on synnyttänyt spektroskopian, joka on tiede, jonka tarkoituksena on tunnistaa atomit ja molekyylit sen perusteella, millaista säteilyä ne säteilevät tai absorboivat.
Tämä kuva atomista, jossa elektronit liikkuvat ylös ja alas sallittujen kiertoratojen välillä ja johon liittyy energian absorptio tai emissio, sisältää Bohrin atomimallin keskeiset piirteet, joista Bohrin sai fysiikan Nobel-palkinnon vuonna 1922. Hänen perusmallinsa ei kuitenkaan toimi hyvin vetyä monimutkaisempien atomien rakenteen yksityiskohtien selittämisessä. Tämä edellyttää kvanttimekaniikan käyttöönottoa. Kvanttimekaniikassa kutakin kiertävää elektronia kuvataan matemaattisella lausekkeella, jota kutsutaan aaltofunktioksi – se on ikään kuin värähtelevä kitarajousi, joka on asetettu elektronin radan varrelle. Näitä aaltomuotoja kutsutaan orbitaaleiksi. Katso myös kvanttimekaniikka: Bohrin atomiteoria.