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원자 내의 전자들(음전하를 가진 기본 입자들)은 양전하가 밀집한 원자핵 주변의 공간에 흩어져 있는 껍질들을 채우고 있다고 추측된다(→ 전자껍질). 첫번째 껍질이 원자핵에서 가장 가깝고 나머지는 원자핵의 바깥쪽으로 퍼져 있으며 서로 겹치기도 한다.

이 껍질들은 첫번째 껍질을 K로 시작해서, 2번째는 L, 3번째는 M식으로 대문자를 써서 표시한다. 첫번째에서 7번째까지 각 껍질들을 채울 수 있는 전자의 최대 숫자는 각각 2, 8, 18, 32, 50, 72, 98이다. 가장 가벼운 원소인 수소는 첫번째 껍질에 1개의 전자를 가진다. 정상적인 상태에서 가장 무거운 원소들은 처음 4개의 껍질은 전자로 완전히 채워지고 나머지 3개의 껍질들은 부분적으로 채워져 있다(→ 전자배열).

원자들의 화학적 특성은 각 껍질들에 전자가 어떻게 채워져 있는가에 의해 설명될 수 있다. 예를 들면 헬륨(원자번호 2)은 첫번째 껍질이 완전히 채워져 있고, 제일 바깥쪽 껍질에 8개의 전자를 가진 네온(원자번호 10)은 첫번째와 2번째 껍질이 완전히 채워져 있다. 전자 껍질들이 완전히 채워지지는 않더라도 제일 바깥쪽 껍질에 8개의 전자를 가진 다른 원자들(→ 옥테트)은 화학적으로 볼 때 상대적인 안정성과 비활성에서 헬륨이나 네온과 비슷하다.