Ένα υποκέλυφος είναι μια περιοχή μέσα στο κέλυφος ηλεκτρονίων ενός ατόμου που περιέχει έναν τύπο τροχιακού ηλεκτρονίου. Κάθε άτομο αποτελείται από έναν κεντρικό πυρήνα ενός ή περισσότερων θετικών πρωτονίων και μηδέν ή περισσότερων νετρονίων χωρίς φορτίο, με ηλεκτρόνια να ταξιδεύουν γύρω του. Τα ηλεκτρόνια ενός ατόμου δεν είναι ελεύθερα να ταξιδεύουν τυχαία, αλλά είναι, ως ένα βαθμό, δεσμευμένα. Ακριβώς όπως τα βιβλία οργανώνονται σύμφωνα με τη μορφή των κεφαλαίων, των σελίδων και των γραμμών, τα ηλεκτρόνια ενός ατόμου οργανώνονται σε κελύφη, υποφλοιούς, τροχιακά. Εκτός εάν τα ηλεκτρόνια διεγείρονται ενεργειακά, παραμένουν σε αυτά τα τροχιακά.
Οι εκχωρήσεις στους χαρακτηρισμούς του κελύφους και του υποκελλίου εξαρτώνται από τα κβαντομηχανικά χαρακτηριστικά ενός δεσμευμένου ηλεκτρονίου. Υπάρχουν τέσσερις τέτοιοι κβαντικοί αριθμοί: «n», «l», «m» και «s». Αυτοί είναι ο πρωτεύων κβαντικός αριθμός (n) που σχετίζεται με την ενέργεια — που σχετίζεται με το μοντέλο Bohr του ατόμου, τον κβαντικό αριθμό γωνιακής ορμής (l), το διάνυσμα συνιστώσας γωνιακής ορμής (m) και τον κβαντικό αριθμό σπιν (s). Η τιμή n ορίζει το κέλυφος και πρέπει να είναι ένας ακέραιος αριθμός όχι μικρότερος από ένα. Εάν ο πρωτεύων κβαντικός αριθμός n=1, ο αριθμός φλοιού είναι 1, που ονομάζεται επίσης κέλυφος K. Αν n=2, ο αριθμός κελύφους είναι 2, το κέλυφος L. αν n=3, το M κέλυφος; n=4, το N κέλυφος; n=5, το κέλυφος O. και ούτω καθεξής.
Παρακάμπτοντας, στιγμιαία, την περιγραφή του επόμενου επιπέδου τάξης —υποφλοιών— των τροχιακών ηλεκτρονίων εξαρτώνται από την τιμή και τη γωνιακή ορμή του ηλεκτρονίου. Οι τιμές του κβαντικού αριθμού της γωνιακής ορμής, l, μπορεί να είναι μηδέν ή ακέραιοι αριθμοί μεγαλύτεροι από το μηδέν. αν l=0, το τροχιακό είναι ένα s-τροχιακό. αν l=1, είναι p-; αν l=2, a d-; l=3, ένα f- και αν το τροχιακό έχει τιμή l=4, το τροχιακό είναι g-τροχιακό. Είναι η τιμή l που καθορίζει την πιθανότητα να βρεθεί ένα ηλεκτρόνιο σε μια συγκεκριμένη περιοχή του χώρου, η περιοχή αυτή να έχει ένα συγκεκριμένο σχήμα. Ένα s-τροχιακό είναι σφαιρικό, ενώ ένα p-τροχιακό έχει δύο πεπλατυσμένες σφαίρες με τις επίπεδες επιφάνειες να αντικρίζουν η μία την άλλη. Το σχήμα του d-τροχιακού μπορεί να έχει τέσσερις στενά συνδεδεμένες σφαίρες ή δύο σφαίρες πάνω και κάτω από έναν δακτύλιο — υψηλότερες τιμές του l οδηγούν σε άλλα σχήματα τροχιακής πιθανότητας.
Κάθε κέλυφος έχει ένα ή περισσότερα υποκελύφη, καθένα από τα οποία μπορεί να περιέχει τροχιακά. Τα γράμματα που προσδιορίζουν τα υποκελύφη ταιριάζουν με τους τροχιακούς τύπους που περιέχουν: ένα d-υποκέλυφος περιέχει d-τροχιακά, ένα f-υποκέλυφος, f-τροχιακά. Ο αριθμός της πιθανής συνιστώσας γωνιακής ορμής ή των τιμών m, πολλαπλασιασμένος επί τον αριθμό των πιθανών κβαντικών σπιν ή τιμών s, καθορίζει τον μέγιστο αριθμό τροχιακών που μπορεί να υπάρχουν μέσα σε ένα συγκεκριμένο υποκέλυφος. Οι τιμές για το m μπορεί να είναι οποιοσδήποτε ακέραιος αριθμός μεταξύ -1 και +1, συμπεριλαμβανομένου του 0, ενώ το s πρέπει να είναι είτε +1/2 είτε -1/2. Ο υπολογισμός μας δίνει, στην περίπτωση ενός υποκελύφους f (l=3), επτά m-τιμές και δύο s-τιμές, με αποτέλεσμα το μέγιστο 7×2=14 πιθανά τροχιακά.
Προσθέτοντας τα τροχιακά του υποκελύφους μας δίνεται ο αριθμός των πιθανών τροχιακών σε κάθε τύπο κελύφους. Σε ένα Κ-κέλυφος, υπάρχει μόνο ένα υποκέλυφος s, το οποίο περιέχει το πολύ δύο s-τροχιακά. Δύο υποκέλυφοι, το s- και το p-, περιέχονται στο L-κέλυφος και κάθε υποκέλυφος περιέχει έως και 2+6=8 τροχιακά. Τα τρία υποκελύφη ενός κελύφους M, s-, p- και d-, μπορούν να χωρέσουν 2+6+10=18 τροχιακά, ενώ τα υποκέλυφος s-, p-, d- και f ενός N-κελύφους χωρούν έως και 2 +6+10+14=32 τροχιακά. Τα G-κελύφη περιλαμβάνουν υποκελύφη s-, p-, d-, f- και g και μπορούν να περιέχουν έως και 2+6+10+14+18=50 τροχιακά.