Z planetárneho modelu pri súčasných znalostiach fyziky by vyplynulo, že obiehajúce elektróny by postupne strácali pohybovú energiu, po špirálovej dráhe by sa približovali k jadru, až by s ním nakoniec splynuli a atóm by zanikol.
Nezrovnalosti medzi Rutherfordovým modelom a výsledkami pozorovaní sa pokúsil odstrániť dánsky fyzik N.Bohr, ktorý zostavil kvantovomechanický model vodíka:
a) elektrón sa môže okolo jadra pohybovať len po určitých kruhových dráhach(energetických hladinách) s charakteristickou energiou
b) pokiaľ sa elektrón pohybuje na svojej energetickej hladine a nevyžaruje ani nepohlcuje energiu
c) pri prechode elektrónu z jednej energetickej hladiny na druhú rozdiel energií vyžiari alebo pohltí,ale vždy len v určitých dávkach - kvantách
Poznámka: Atóm v základnom stave môže len pohlcovať energiu pričom prejde do vzbudeného(excitovaného) stavu, v ktorom môže pohlcovať aj vyžarovať energiu.
Bohrovu teóriu spresnil nemecký fyzik Sommerfelt:
- elektrón sa v jadre pohybuje nielen po kruhových, ale aj eliptických dráhach.
Hlavným nedostatkom oboch teórií bolo, že chápali elektón len ako časticu riadiacu sa zákonmi klasickej mechaniky s využitím poznatkov kavantovej teórie.
Začiatkom 20.st. sa zistilo, že elektrón má dualistickú povahu - správa sa ako častica,ale aj ako vlnenie.Prišiel na to L.De broglie - vlnová mechanika,z ktorej vyplýva,že posledný model, ktorý platí je vlnovomechanický model atómu vodíka.
Základnou myšlienkou vlnovej mechaniky je, že nemôžeme presne povedať, kde sa elektrón nachádza a ktorým smerom sa bude v danom okamihu pohybovať, čím presnejšie stanovíme polohu častice, tým menej presne rýchlosť a naopak - princíp neurčitosti(Heisenberg):
- hovoríme, že elektrón sa v danom okamihu bude vyskytovať v danom objeme priestoru,ktorý vlnová mechanika charakterizuje ako vlnovú funkciu psí, čo je funkcia priestorových súradníc x,y,z - v každom bode priestoru určenom x,y,z má určitú hodnotu - atómový orbitál.
Na znázornenie rozloženia pravdepodobnosti výskytu elektrónov(elektrónovej hustoty) používame hustejšie bodkovanie - väčšia pravdepodobnosť výskytu.
Spojením miest s rovnakou elektrónovou hustotou získame hraničnú plochu, ktorá vymedzuje priestor s vysokou pravdepodobnosťou výskytu elektrónov(99%) - atómový orbitál.
Uzlová plocha - pravdepodobnosť výskytu elektrónov je nulová.
Podľa tvaru hraničnej plochy poznáme orbitály s,p,d,f.
Každý atómový orbitál je jednoznačne určený hlavným, vedľajším a magnetickým kvantovým číslom.