ในแบบจำลองทางทฤษฎีของอะตอมมีตัวเลขควอนตัมสี่ตัวที่อธิบายพฤติกรรมของอิเล็กตรอน เหล่านี้รวมถึงจำนวนหลัก, azimuthal, สนามแม่เหล็กและหมุนควอนตัม ตัวเลขสี่ตัวเหล่านี้ทำให้สถานะควอนตัมของอิเล็กตรอน สถานะควอนตัมคือชุดข้อมูลทางคณิตศาสตร์ที่จำเป็นในการอธิบายระบบสสารและพลังงานบางอย่างเช่นอะตอม ไม่มีอิเล็กตรอนสองตัวที่สามารถใช้ตัวเลขควอนตัมสี่ตัวเดียวกันได้ตามหลักการการยกเว้นของ Pauli ของกลศาสตร์ควอนตัม
หมายเลขควอนตัมตัวแรกเรียกว่าหมายเลขควอนตัมตัวแรก ตัวเลขนี้ซึ่งอาจเป็นจำนวนเต็มบวกใด ๆ ที่เริ่มต้นด้วย 1 หมายถึงระยะทางของวงโคจรของอิเล็กตรอนจากนิวเคลียสอะตอม แตกต่างจากวงโคจรของดาวเคราะห์อย่างไรอิเล็กตรอนไม่สามารถโคจรได้ในระยะไกล แต่พวกมันถูกกักขังอยู่ในวงโคจรที่ระดับพลังงานไม่ต่อเนื่องหรือควอนตั้มซึ่งเป็นศูนย์กลางของกลศาสตร์ควอนตัม คล้ายกับวงโคจรของดาวเคราะห์ในทางกลับกันอิเล็กตรอนที่โคจรอยู่ไกลจากนิวเคลียสมีพลังงานจลน์สูงกว่า
จำนวนควอนตัม azimuthal หมายถึงโมเมนตัมเชิงมุมของการโคจรของอะตอมของอิเล็กตรอน ตัวเลขนี้บอกอะไรบางอย่างเกี่ยวกับรูปร่างของวงโคจรของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส อิเล็กตรอนสามารถโคจรรอบวงโคจรรอบนิวเคลียสมากขึ้นหรือน้อยลงหรืออาจแสดงพฤติกรรมที่ซับซ้อนมากขึ้น อย่างไรก็ตามความคิดของอิเล็กตรอนในฐานะอนุภาคของแข็งที่โคจรรอบนิวเคลียสนั้นไม่ถูกต้อง หลักการความไม่แน่นอนของกลศาสตร์ควอนตัมระบุว่าตำแหน่งของอิเล็กตรอนนั้นเป็นเรื่องของความน่าจะเป็น
การสร้างตัวเลขควอนตัมอื่น ๆ จำนวนควอนตัมแม่เหล็กบอกอะไรบางอย่างเกี่ยวกับทิศทางของการโคจรของอิเล็กตรอนในอวกาศ คุณสมบัตินี้ถูกค้นพบครั้งแรกเมื่อนักวิทยาศาสตร์สัมผัสกับสนามแม่เหล็กจากนั้นสังเกตวิธีที่พวกมันมีปฏิสัมพันธ์กับแสง หมายเลขควอนตัมแม่เหล็กยังสัมพันธ์กับระดับพลังงานของวงโคจรของอะตอม
ในที่สุดหมายเลขควอนตัมหมุนระบุหนึ่งในสองสถานะการหมุนของอิเล็กตรอน ในขณะที่ตัวเลขควอนตัมหลักและ azimuthal แยกแยะระหว่างตำแหน่งวงโคจรที่แตกต่างกันของอิเล็กตรอนจำนวนควอนตัมหมุนสามารถแยกความแตกต่างระหว่างสองอิเล็กตรอนในสถานะควอนตัมที่เหมือนกัน หากอิเล็กตรอนสองตัวในอะตอมเดียวกันมีหมายเลขควอนตัมสามตัวก่อนหน้าจำนวนควอนตัมหมุนของพวกเขาจะต้องต่างกัน อิเล็กตรอนสปินไม่ได้มีความรู้สึกเหมือนกันกับ“ สปิน” ที่เป็นความคิดปกติ แต่เป็นระดับหนึ่งของอิสรภาพสำหรับอิเล็กตรอน สามารถใช้หนึ่งในสองค่าที่เป็นไปได้: -1/2 หรือ +1/2
