tronik kuşak yapısına sahiptirler. Böyle kuşakların varlığı metallerdeki elektronların yöresizleşmiş elektronlarmış gibi davranmalarına izin verir. Bu elektronlar belli atomlarla ilişkilendirilmemişlerdir, böylelikle, elektronik alan uygulandığında, gaz (Fermi gaz denir) gibi materyale doğru hareket etmekte özgürlerdir.

Elektronlar ile atomlar arasındaki çarpışma yüzünden, kondüktördeki elektronların sürüklenme hızı yaklaşık saniyede milimetredir. Ama materyaldeki bir noktadaki akımın yükünün değiştiği hız materyalin diğer kısımlarındaki akımların da değişimine neden olur. Elektrik sinyalleri materyalin dielektrik sabitine bağımlı hızla dalga gibi yayıldığı için olur bu.

Yöresizleştirilmiş elektronlar atomların arasındaki termal enerjisi taşımak için özgür için metaller sıcaklığı da iyi iletirler. Ama elektriksel iletkenliğin aksine, metalin termal iletkenliği sıcaklıktan bağımsızdır. Bu matematiksel olarak termal iletkenliğin elektriksel iletkenliğe oranının sıcaklıkla orantılı olduğunu söyleyen Wiedemann-Franz kanunuyla açıklanmıştır. Metalik örgüdeki termal bozukluk elektriksel akıma bağımlı sıcaklık üreterek metalin elektriksel direncini artırır.

Kritik sıcaklık denilen noktanın altına kadar soğulunca, materyaller süper iletkenlik olarak bilenen süreçte elektrik akımına karşı olan tüm dirençlerini kaybettikleri faz değişimine uğrarlar. BCS teorisinde Bose-Einstein yoğunlaşması olarak bilinen kuantum durumuna giren elektron çiftleri tarafından bu davranış modellenir. Bu Cooper çiftleri foton denilen örgü titreşimleriyle yakındaki maddeyle hareketlerini çiftler ve böylelikle normalde elektriksel direnç yaratan atomların çarpışmasını önler.(Cooper çiftleri yaklaşık olarak100nm yarıçapa sahiptir böylelikle birbirleriyle çakışabilirler). Ama yüksek sıcaklık süper iletkenliğin işleme belirsiz devam eder.

Kendileri sözde parçacık olan mutlak sıfıra yakın bir sıcaklıkta tutulduklarında iletken katıların içindeki elektronlar üçe bölünmüş gibi davranırlar; diğer sözde parçacıklar: spinonlar, orbitonlar ve holonlar. İlki dönme ve manyetik momenti taşır, ikincisi yörüngelerin yerlerini taşır ve üçüncüsü elektriksel yükü taşır.

Einstein’ın özel görelilik teorisine göre, bir elektron ışık hızına yaklaştıkça gözlemcinin bakış açısına göre göreli kütlesi artar, böylelikle gözlemcinin referans çerçevesi içinde onu hızlandırmak gittikçe zorlaşır. Vakumdaki elektron ışık hızına (c) yaklaşabilir ama hiçbir zaman yetişemez. Göreli elektron (c’ye yakın bir hızda hareket eden elektron.) su gibi ışığın bölgedeki hızı c.’den az olduğu bir dielektric bir ortama sokulduğunda, elektron geçici olarak böyle bir ortamda ışıktan hızlı hareket eder. Ortamla etkileştiklerinde, Cherenkov ışıması denilen bir kısık ışık üretilirler.

Özel göreliliğin etkisi (v parçacığın hızı) olarak tanımlan Lorenz faktörü olarak bilinen bir özelliğe bağlıdır. v hızıyla hareket eden elektronun kinetik enerjisi (Ke);
M elektronun kütlesidir. Örneğin, Standford lineer hızlandırıcısı bir elektronu yaklaşık olarak 51 GeV’e kadar hızlandırabilir. Verilen hızda elektron dalga gibi davrandığı için, de Broglie dalga boyu karakterine sahiptir. Bu λe = h/p denkleminde verilmiştir. (h Planck sabiti, p momentum). Yukarıdaki 51 GeV elektron için, dalga boyu atomik çekirdeğin boyutundan küçük yapıları keşfetmeye yetecek kadar küçük olan 2.4×10−17 m’dir.

Büyük patlama teorisi evrenin evrimindeki ilk basamaklarını açıklayan en çok kabul göre teoridir. Büyük patlamanın ilk milisaniyesinde, sıcaklık 10 milyar Kelvin’in üzerindeydi ve fotonlar ortalama bir milyon elektrovolt’u üstünde enerjiye sahiptiler. Bu fotonlar elektron ve pozitron çiftleri kurmak için birbirleriyle etkileşime girmeye yeterek kadar enerjiliydi. Aynı şekilde, pozitron-elektron çiftleri birbirlerini yok ederek, enerjili fotonlar yaydı:

Elektronlar, protonlar ve fotonlar arasındaki denklik evrenin evrimini bu fazı boyunca devam etti. Ama 15 saniye geçtikten sonra, evrenin sıcaklığı elektron-pozitron kurulumunun ortaya çıkma eşiğinin altına düştü. Kalan elektronların ve pozitronların çoğu evreni kısaca tekrar ısıtan gama radyasyonu sağınımı yaparak birbirlerini yok ettiler.

Bu belirsiz kalan nedenlerden dolayı, leptogenesis süreci boyunca pozitrona karşı çok fazla sayıda elektron vardı. Bundan dolayı, milyarda bir elektron yok etme sürecinden çıkabildi. Bu çoğunluk protonların anti protonlara karşı çoğunluğuyla eşleşti. Kalan protonlar ve nötronlar nükleosentez olarak bilinen süreçte eser miktarda lityum ile hidrojen ve helyum atomu oluşturarak birbirleriyle reaksiyona katılmaya başladılar. Bu süreç 5 dakikada zirve yaptı. Bin saniyensin yarısı kadar bir yaşam süresi sonunda geriye kalan her nötron süreçteki elektron ve protonları serbest bırakarak negatif beta erimesine uğradı,

n → p + e− + νe

300000-400000 yıl kadar fazla elektronlar atomik çekirdeğe bağlanmak için fazla elektrik yüklüydüler. Nötr atomlar oluşunca ve genişleyen evren ışımak için transparan olunca, sonraki şey ise yeniden birleşme olarak bilinen bir süreç.

Büyük patlamadan yaklaşık bir milyon yıl sonra yıldızlar oluşmaya başladı. Yıldızın içinde yıldız nükleosentezi, atomik çekirdeğin füzyonuyla pozitron üretimiyle sonuçlanır. Bu anti-madde parçacıkları gama ışınları salarak elektronlarla yok edilir. Net sonuç elektronların sayısındaki istikrarlı azalma ve nötron sayısındaki eş yükselmedir. Ama Yıldız evrimi süreci radyoaktif izotopların senteziyle sonuçlanabilir. Seçilmiş izotoplar sonrasında çekirdekten bir anti-nütrüno ve elektron salınımı yaparak negatif beta erimesine uğrayabilir. Nikel-60(60Ni) oluşturmak için yok olan kobalt-60(60Co) izotopu buna bir örnektir.

Yaşam ömrünün sonunda, 20 güneş kütlesinden daha fazla kütleye sahip olan bir yıldız yerçekimsel çöküşe uğrayarak kara delik oluşturur. Klasik fiziğe göre, bu ağır yıldızsal objeler herhangi bir şeyi eski Schwarzschild yarıçapından kaçmaktan engelleyecek kadar güçlü olan bir yerçekimsel bir çekim kullanırlar. Ama kuantum mekaniği etkilerinin potansiyel olarak bu mesafeden Hawking radyasyonunun yayılımına izin verdiğine inanılır. Elektronların (ve pozitronların) yıldız kalıntılarının olay ufkunu yarattığı düşünülür.

Sanal parçacık çiftleri (bir elektron ve pozitron gibi) olay ufku civarında yaratıldığında rastgele uzamsal dağlatılan bu parçacıklar bir tanesinin dışarıda görünmesine izin verir; bu sürece kuantum tüneli denir. Kara deliğin yerçekimsel potansiyeli bu sanal parçacıkları gerçek parçacıklara dönüştüren enerjisi sağlayabilir. Değişimde, çiftin diğer üyesine kara delik tarafından net bir kütle enerjisiyle sonuçlanan negatif enerji verilir. Hawking radyasyon oranı sonunda patlayınca kadar kara deliğin buharlaşmasına sebep olarak kütlenin azalmasıyla artar.

Kozmik ışınlar yüksek enerjiyle uzayda hareket eden parçacıklardır. Enerji olaylar en yüksek 3.0×1020 eV olarak kaydedilmiştir. Bu parçacıklar dünyanın atmosferinde nükleonlarla çarpışınca, pionlar da dâhil olmak üzere bir parçacık sağanağı ortaya çıkar. Dünyanın yüzeyinden gözlemlenen kozmik radyasyonun yarısından fazlası muonları içerir. Muon denen parçacık bir pionun erimesiyle yüksek atmosferde üretilen bir leptondur.

π− → μ− + νμ

Bir muon, bir elektron veya pozitron oluşturmak üzere yok olabilir.

μ− → e− + νe + νμ

Elektronların uzaktan gözlemi ışıma yapan enerjilerinin saptanmasını gerektirir. Örneğin, bir corona yıldızı gibi yüksek enerjili çevrelerde, serbest elektron Bremsstrahlund ışıması yüzünden enerji saçan bir plazma üretir. Elektron gazı elektron yoğunluğundaki senkronize edilmiş değişimler tarafından sebep olunmuş dalgalar olan plazma osilasyonuna uğrar ve radyo teleskoplar kullanarak tespit edilebilen bir enerji yayılımı üretirler.

Fotonların sıklığı enerjisiyle oranlıdır. Bir atomun enerji seviyelerindeki bağlı elektronların geçişimleri oldukça, karakteristik sıklıklardaki protonları emer veya salar. Örneğin, atomlar geniş bir spektrumlu bir kaynak tarafından ışıma yapılırsa, ayrı soğurma çizgisi transfer edilen ışımanın spektrumunda görünür. Her element veya molekül hidrojenin spektral dizisi gibi spektral çizgilerinin karakteristik bir grubunu gösterir. Bu çizgilerin kuvvetinin ve genişliğinin Spectoriskopik ölçümleri maddenin fiziksel özelliklerinin ve kompozisyonunun belirlenmesine izin verir.

Laboratuvar koşullarında bireysel elektronlar arasındaki etkileşimler enerji, dönme ve yük gibi spesifik özelliklerin ölçümüne izin veren parçacık detektörü aracılığıyla yapılabilir. Paul ve Penning tuzaklarının gelişimi yüklü parçacıkların uzun süreler boyunca küçük bir alanda tutulmasına izin verdi. Bu parçacık özelliklerinin kesin ölçümlerini yapabilir. Örneğin, bir seferde 10 aylık bir süreçte tek bir elektronun tutmakta Penning tuzağı kullanıldı. Elektronun manyetik momenti 1980’deki diğer bütün fiziksel sabitlerden daha kesin olarak 11. basamağa kadar bir hassasiyetle ölçüldü.

Elektronun enerjisinin dağılımın ilk video görüntüsü İsveç’te Şubat 2008’de Lund üniversitesinde bir takım tarafından alındı. Bilim adamları attosaniye etki denilen elektronun hareketini ilk defa gözlemlemeye izin vermiş çok kısa ışık flaşı kullandı.

Katı materyallerdeki elektronların dağılımı angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) tarafından görselleştirildi. Bu teknik fotoelektrik etkisini karşılıklı uzayı(orijinal yapıyı anlamak için kullanılan periyodik yapıların matematiksel bir gösterimi) ölçmek için kullanılıyor. ARPES elektronun materyaldeki yönü, hızı ve dağılımı belirlemek için kullanılır.

Elektron demeti kaynakta kullanılır. 0.1–1.3 mm kısa odak çapı boyunca enerji yoğunluklarına 107 W•cm−2‘ye kadar izin verirler ve genellikle dolgu maddesi gereksinmezler. Bu kaynak teknolojisi elektronların hedefe ulaşmadan önce gazla etkileşimini engellemek için vakumda yapılmalıdır. Kaynak için uygun olmayacak iletken maddeleri birleştirmek için kullanılır.

Elektron ışımlı basım (EBL) mikrometreden daha fazla çözünmelerde yarı iletkenleri aşındırma metodudur. Bu teknik yüksek maliyetli, yavaş çalış