Mỗi quỹ đạo hoặc lớp vỏ của nguyên tử có một trạng thái năng lượng nhất định gắn liền với nó. Những trạng thái năng lượng này là năng lượng duy nhất mà các electron có thể có trong nguyên tử, do đó năng lượng của chúng được lượng tử hóa.
Khái niệm năng lượng trong nguyên tử được lượng tử hóa chứ không phải liên tục là rõ ràng khi nhìn vào quang phổ phát xạ và hấp thụ của nguyên tử. Electron chỉ có thể tồn tại ở những mức năng lượng nhất định, vì vậy khi một electron tăng hoặc mất năng lượng thì sẽ có những năng lượng photon cụ thể liên quan đến sự thay đổi năng lượng. Những năng lượng này xác định màu sắc nhìn thấy trong quang phổ phát xạ của nguyên tử và màu sắc không nhìn thấy trong quang phổ hấp thụ của nó.
