Die Elektronen eines Atoms weisen verschiedene Energieniveaus auf: Mit steigender Haupt- und Nebenquantenzahl steigt das Energieniveau eines Orbitals, während bei unterschiedlicher räumlicher Ausrichtung (m_l) sowie bei unterschiedlichem Spin (m_s) alle Orbitale energetisch gleichwertig sind.

Ein beliebtes Konzept, um Elektronen in Atomen zu beschreiben, ist das Energieniveau-Schema. Das Modell enthält:

• Die Orbitale, die als Kästchen dargestellt werden
• Elektronen, die durch Pfeile repräsentiert werden
• Den Spin eines Elektrons, der durch die Richtung des Pfeils (nach oben oder unten) angegeben wird

Im ersten Schritt werden die benötigten Kästchen (Orbitale) aufgezeichnet. Dabei fängt man mit dem energieärmsten Orbital (dem 1s Orbital) an. Nachdem alle für das Atom nötigen Kästchen gezeichnet sind, werden die Elektronen, angefangen beim energieärmsten Orbital, in die Kästchen eingezeichnet. Ein Orbital mit einem Elektron wird als „besetztes“ Orbital bezeichnet. Wie viele Elektronen sich letztendlich in einem Orbital oder einer Gruppe Orbitale befinden, wird durch die hochgestellte Zahl hinter den Orbitalnamen angegeben (Im folgenden Bild beispielsweise 1s², 1s² und 2p⁴).

In unserem Beispiel (Sauerstoff) sind 8 Elektronen zu verteilen. Dabei wird zuerst das energieärmste 1s-Orbital mit zwei Elektronen besetzt, um anschließend das 2s-Orbital mit zwei Elektronen zu besetzen.

Danach sind noch 4 Elektronen auf drei mögliche 2p-Orbitale zu verteilen. Dabei werden zuerst alle möglichen Orbitale einfach besetzt. Erst wenn jedes Orbital ein Elektron besitzt, werden die Orbitale der Reihe nach doppelt besetzt (Hund‘sche-Regel). Werden 2 Elektronen in ein Orbital gesetzt, so müssen sie immer unterschiedlichen Spin besitzen (Pauli-Prinzip).