相对论量子化学

軌域能量

考慮相對論效應時，s軌域的能量顯著下降，p軌域的能量也有所下降。這增強遮蔽效應，導致d軌域和f軌域的能量的上升。這樣的變化結果就是軌域之間的能量差明顯增大。

電子亞層分裂

由於自旋-軌域作用，角量子數l>0的電子亞層將分裂成兩個亞組，l分別為+1/2和-1/2，其中前者的能量下降。

徑向變化

根據狹義相對論，電子高速運動時質量會增大，而電子與原子核之間的庫侖力不變，因此它運行的軌域半徑會減小。s軌域的這種軌域收縮最為明顯，這會導致鍵長的縮短和諸多化學性質的變化。

性質的變化

物理性質和化學性質最終都取決於電子的能量和分布。對於重元素，必須考慮相對論效應才能對其性質作出準確描述。元素周期表是科學家們以當時已發現的元素的周期性規律為基礎建立的。實際上，以此建立的化學模型給它帶來生命力。然而，第6周期元素（Cs-Rn）與第5周期元素（Rb-Xe）與上一周期元素的物理性質和化學性質有許多差別，顯示出明顯的相對論效應。金以及電子排布類似的鉑和汞的相對論效應特別顯著。由於電子排布接近4f和5d全充滿電子，這三種元素是除超鈾元素以外相對論效應最大的元素。

物理性質

受相對論效應影響，第6周期過渡金屬元素熔點變化更大。其中鎢是熔點最高的金屬，而汞是熔點最低的金屬。因為6s軌域收縮，能量下降，使得本周期元素有6個價軌域，這些軌域中的電子都能參與形成金屬鍵。由於這些價軌域和配位環境的對稱性很高，每個軌域都能有效成鍵，不會形成非鍵軌域。平均每個原子形成3個成鍵軌域和3個反鍵軌域。
從銫到鎢，電子全部填入成鍵軌域組合成的能帶，能量降低，金屬鍵增強，熔點升高。而從鎢到汞，電子填入反鍵軌域，能量升高，金屬鍵減弱，熔點下降。汞的成鍵軌域和反鍵軌域全部填滿，金屬鍵很弱，因此在常溫下就呈液態。
金、銀和鋁的反射率已經在右圖中給出。人眼會看到波長大約為600奈米的電磁波，即黃光。從金的光譜反射率曲線中可得出，金呈黃色的原因顯然是它吸收除黃光以外的其他色光，並將黃光反射到觀察者眼中。
電子從5d能階到6s能階的躍遷導致這種現象。銀的電子也能發生類似的躍遷，但是銀的相對論效應比金小得多，儘管4d軌域略微擴張、5s軌域略微收縮，4d-5s的能量差仍然遠大於金原子中5d-6s的能量差。因此，如果不考慮相對論效應，金應當是白色的，這顯然與事實矛盾。相對論效應使得5d軌域能量上升，而6s軌域能量降低，減小能隙。近期才完成的金的介電常數理論計算也表明，不考慮相對論效應的話金的吸收帶將移動至紫外區，呈現與銀類似的白色。金屬銫作為能獲得可觀察量的最重鹼金屬，也顯現出相對論效應的影響。其他鹼金屬都是銀白色，而金屬銫呈現出獨特的銀金色。
除了過渡元素以外，相對論效應對主族元素也有一定影響。例如Bi(C₆H₅)₅的紫色和PbCl₆²⁻的黃色就是相對論效應引起的LUMO穩定化造成的，因為類似的銻和錫化合物是無色的。亞硝酸鉛則不同，它的顏色是亞硝酸根的單線態-三線態轉化與鉛離子的自旋-軌域作用共同作用的結果。

汞

汞（Hg）在常溫下（凝固點-39 °C）是一種液體，也是惟一一種常溫下呈液態的金屬。汞的金屬鍵與附近的元素（鎘的熔點為321 °C，金更高達1064 °C）相比特別弱。鑭系收縮效應可以部分解釋該問題，但它不能完整地說明這種反常現象。在氣相中的汞也與其他金屬不同，它大部分以單原子形式Hg(g)存在，Hg₂²⁺(g)也存在，因為鍵長的相對縮短使它變得穩定。
Hg₂(g)不存在，因為6s²軌域由於相對論效應而收縮。因此它對任何化學鍵的形成只有微弱作用。實際上Hg-Hg鍵的主要成分是凡得瓦力，這也解釋了Hg-Hg鍵如此之弱的原因，這導致它在室溫呈液態。Au₂(g)和Hg(g)是類似的，至少與H₂(g)和He(g)具有類似的外層電子。因為相對論效應引起的軌域收縮，具有6s²結構的氣態汞可被稱作偽惰性氣體。
相對論效應也使汞表現出比同族元素更高的氧化態，能形成四氟化汞等化合物。三氟化汞本身是不穩定的，但它的二聚體Hg₂F₆和錯合物HgF₄⁻可能是穩定的。理論研究表明，高價汞烷（HgH₄和HgH₆）有可能存在，因為等電子體PtD₄²⁻和AuH₄⁻已有報導。

鉑

鉑能形成Pt²⁻離子，該離子存在於下文介紹的Cs₂Pt中。Pt₂²⁻是Hg₂²⁺和Au₂的等電子體。BaPt中不含有這種離子，而是通過Pt-Pt鍵形成鏈狀化合物。電荷遷移研究表明，每個鋇原子只向鉑原子提供一個電子，這種物質被認為是第一種含有過渡金屬津特耳（Zintl）離子的化合物。固態Ba₃Pt₂中啞鈴形的p電子云重疊形成Pt-Pt鍵，而Ba₂Pt採用氯化鎘型結構，該化合物的結構可以寫成(Ba²⁺)₂Pt²⁻·2e⁻。電化學和X射線光譜學研究證明其中鉑的氧化態確實為負值。
相對論效應增加Pt(VI)化合物的穩定性，儘管它們依然是強氧化劑。六氟化鉑的電子親和能為7電子伏特，能夠得電子形成PtF₆⁻和PtF₆²⁻。到現在為止，儘管理論計算表明六氟化鈀是穩定的，但還沒有任何關於Pd(VI)化合物的報導，這可能與4d電子的相對論效應較弱有關。
理論計算表明，八氟化鉑是不穩定的，因為在很低的溫度它還能自發地分解產生氟。在10K下，使用雷射消融技術在氬和氧的混合物中處理鉑原子，產生具有D₃ₕ對稱性的三氧化鉑。在氣相中或使用基質隔離技術，鉑還能結合稀有氣體原子形成依靠凡得瓦力結合的超分子Ng-Pt-Ng（Ng代表稀有氣體原子）。

其他過渡元素

銥能形成反常的+8氧化態化合物四氧化銥，理論計算甚至表明+9氧化態的[IrO₄]⁺可能存在。
關於更多元素的氧化態，可參閱這篇綜述。

p區元素

第6周期p區元素受到相對論效應影響，6s²電子對難以電離，被稱作惰性電子對效應。這使得鉈、鉛和鉍的穩定氧化態分別為+1、+2和+3，比主族數低2（放射性元素研究較少）。不僅如此，p區元素在一些特殊的化合物能呈現出更低的氧化態，這是較輕同族元素所罕見的。
鉈能與鹼金屬形成金屬互化物M₆Tl₆（M=K、Rb、Cs），其中Tl₆⁶⁻由於四方畸變而具有D₄ₕ對稱性。而BaTl₃中有明顯的Tl-Tl交互作用。其他更加複雜的鉈原子簇陰離子也有報導（例如：K₆Tl₁₇）。
鉛能形成多種原子簇陰離子，其中最常見的就是Na₄Pb₉中的Pb₉⁴⁻。鉛與鹼金屬形成的最穩定的合金中原子個數比均在1：4左右。惰性電子對效應導致鉛的四氟化物很不穩定，只有四氟化鉛在室溫下穩定，四氯化鉛在此溫度下緩慢分解。四溴化鉛和四碘化鉛只有在超低溫下才能通過基質隔離技術製得，雖然有其他製法的報導但都未被確認。
鉍也能形成多種金屬互化物，而且能形成單原子的Bi³⁻離子，例如符合化合價的Na₃Bi。在M₁₁Bi₁₀（M=Sr、Ba）還含有較複雜的Bi₂⁴⁻和Bi₄⁴⁻。雖然理論上存在，但是目前沒有發現真正的-1氧化態鉍化合物。鉍的+1氧化態存在於溶液和Bi₁₀Hf₃Cl₁₈中，但是一鹵化鉍中含有鉍原子簇，因此不是嚴格意義上的+1氧化態。含有Bi₂分子的化合物也已製得。

s區元素

銫是一種典型的鹼金屬，相對論效應對它的影響很小。它與鈉、鉀、銣一樣都能形成鹼金屬負離子Cs⁻。有報導稱在銫化物中可能存在三原子陰離子Cs₃³⁻。銫能與鉑形成金屬間化合物Cs₂Pt，其中含有Pt²⁻離子。這種深紅色的固體採用Ni₂In型結構，每個鉑原子周圍有九個銫原子，形成三冠三稜柱形的配位多面體。
鋇能與鉑形成特殊的金屬間化合物Ba₂Pt。每個鋇原子都只向鉑提供一個電子，說明6s軌域的穩定性有所上升。實驗發現，Ba和Ba₂的極化率都與考慮相對論效應的計算符合得很好。

s區元素

第7與第8周期元素都是放射性元素，許多種元素還沒有獲得。這使得對它們的研究十分困難，但理論計算已經證明它們受相對論效應的影響比第6周期元素更顯著。事實上，只有鍅、氡、鎶三種元素的相對論效應有過較多的研究。
理論計算表明，鍅和鐳的電負度甚至比上一周期的銫和鋇大，這與元素周期律的推測恰好相反。這造成CsFr分子中的電子雲偏向鍅，以及鍅的氧化物比銫具有更大的共價性。鐳的性質也因電負度的反常變化而變化。

過渡元素

通常認為鈾的最高氧化態為+6，然而計算表明六氧化鈾可能存在，但氧化態並不是+12。其中具有D₂ₕ對稱性的³D₂ₕ-UO₂(η²-O₂•)₂能量最低，氧化態為+8。
對超重元素相對論效應的研究較少，其中主要的資訊如下。對於超重元素，由於受相對論效應的強烈影響，它們的化學性質和元素周期律推斷的結果有一定差別。
𨧀（Db）元素的7s電子軌域相對收縮25%。𨭎（Sg）元素和同族的鉻、鉬、鎢相比，它的7s軌域與6d軌域的能階順序發生反轉，其結果是7s軌域能量比6d軌域能量還低。將鎶吸附在金表面，與其他放射性同位素進行比較，發現它的沸點在汞和氡之間。鎶與鹵素形成的共價鍵比汞更弱，也說明它的相對論效應比汞更明顯。

p區元素

p區重元素受相對論效應影響同樣明顯。例如第118號元素Og可能不是惰性氣體，而且是一種固體。甚至有計算表明它的電子親和能為+0.064eV，也就是說，它可能形成前7周期元素中最大的單原子陰離子Og⁻。