Aunque a menudo es conveniente considerar los electrones como si realizaran órbitas alrededor del núcleo al igual que los planetas, actualmente ya no se considera que este modelo simplificado de la estructura atómica sea correcto. Un electrón dado puede ocupar cual­quier posición en un cierto volumen de espacio denominado orbital del electrón. Los orbitales forman una «capa», o nivel de energía, más allá del cual el electrón generalmente no pasa.

Alrededor de cada núcleo puede haber varias de estas capas, que presentan un alejamiento progresivo respecto al núcleo. La primera capa, la más cercana al núcleo, sólo puede contener dos electrones. Si un átomo tiene más de dos electrones (como ocurre con todos los áto­mos excepto con los de hidrógeno y helio), los electrones adicionales deben ocupar capas más alejadas del núcleo. La segunda capa puede contener un máximo de ocho electrones, y las capas sucesivas pueden contener números todavía mayores de electrones que poseen más ener­gía cuanto más alejadas están del núcleo. Sin embargo, la mayor parte de los elementos que tienen significación biológica (aparte del hidró­geno) presentan ocho electrones en su capa más externa. Las capas se van llenando desde la parte central hacia la más alejada del núcleo. El carbono, con seis electrones, muestra dos electrones en su primera capa y cuatro electrones en la segunda (ver figura).