それぞれの原子軌道は、電子の特定のエネルギー準位に対応している。電子は、新しい量子状態に遷移するのに十分なエネルギーの光子を吸収することで、その状態をより高いエネルギー準位に変えることができる。同様に、高いエネルギー準位にある電子は、自然放出によって余剰なエネルギーを光子として放射しながら、低いエネルギー準位に落ちることができる。量子状態のエネルギーの違いによって規定されるこれらの特徴的なエネルギー値が、原子スペクトル線が生じる原因である。
特性.
原子核の性質.
質量.
形状と大きさ.
電場のような外力を受けると、原子の形状が球対称から外れることがある。この変形は、群論的な考察によって示されるように、電場の強さと外殻電子の軌道型に依存する。非球対称性の変形は、たとえば結晶内において、格子部位に大きな結晶電場が発生することで誘発される可能性がある。パイライト型化合物中の硫黄イオンやカルコゲンイオンでは、顕著な楕円変形が起こることが示されている。
放射性崩壊.
放射性崩壊の最も一般的な形態は次のとおりである。
磁気モーメント.
鉄、コバルト、ニッケルなどの強磁性元素では、電子の数が奇数の場合は不対電子が生じ、全体としての正味磁気モーメントが生じる。隣接する原子の軌道が重なり合い、不対電子のスピンが揃うことで、より低いエネルギー状態を生じる。これは交換相互作用として知られる自発過程である。強磁性原子の磁気モーメントが整列すると、その材料は測定可能な巨視的磁場を発生する。常磁性物質は、磁場が存在しないときには原子の磁気モーメントがランダムな方向を向いているが、磁場が存在するときには個々の原子の磁気モーメントが整列する。
エネルギー準位.
放出される光子のエネルギーはその周波数に比例するため、特定のエネルギー準位は電磁スペクトルの異なるバンドとして現れる。各元素は、核電荷、電子で満たされた亜殻（部分殻）、電子間の電磁相互作用、そしてその他の要因に依存する特徴的なスペクトルを持っている。