1916年，吉尔伯特·路易斯发现化学键的本质就是两个原子间电子的相互作用。众所周之，元素的化学性质按照周期律反复的循环。1919年，美国化学家欧文·朗缪尔提出原子中的电子以某种性质相互连接或者说相互聚集。一组电子占有一个特定的电子层。1926年，薛定谔使用路易·德布罗意于1924年提出的波粒二象性的假说，建立了一个原子的数学模型，用来将电子描述为一个三维波形。使用波形来描述电子的一个直接后果就是在数学上不能够同时得到位置和动量的精确值，1926年，海森堡建立了相关的方程，这也就是后来着名的不确定性原理