Niels Bohr'un modeline göre elektronlar çekirdeğin çevresinde rastgele yerlerde değil, çekirdekten belirli uzaklıklarda bulunan katmanlarda döner. Bohr Atom Modeli'ne göre atomun merkezindeki çekirdeğin etrafında elektronlar çember şeklindeki yörüngelerde dolanmaktadırlar ve her bir çember yörünge belli bir enerji seviyesine sahiptir. Ancak belli bir zaman sonra Bohr atom modelinin birçok spektrumu açıklayamadığından yetersizliği ortaya çıkmıştır.
Bugün için kabul edilen son teori Kuantum Atom Teorisi'dir. Kuantum Atom Modeli'ne göre atomun merkezinde bulunan çekirdeğin etrafındaki elektronlar belli bölgelerde yani orbitallerde bulunur. Belli enerji seviyelerine sahip orbitaller atomu oluşturan küresel katmanlarda yer alır. Portakal kabuğu şeklinde iç içe geçmiş küresel katmanlardaki orbitallerin belli şekilleri ve açıları (yönelmeleri) mevcuttur.
Atomdaki üç temel parçacık elektron, proton ve nötrondur:
- Elektron: Negatif yüklüdür ve en hafif parçacıktır.
- Proton: Pozitif yüklüdür. Proton ve nötronlar kuark adı verilen temel parçacıklardan oluşurlar.
- Nötron: Yüksüz bir parçacıktır. Hidrojen-1 atomunda nötron yoktur.
Atomlar, boyutlarının görünür ışığın dalga boyundan çok küçük olması sebebiyle optik mikroskoplarla görüntülenemezler. Atomların pozisyonlarını belirleyebilmek için elektron mikroskobu, x ışını mikroskobu, nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi gibi araç ve yöntemler kullanılır.