Η διαμόρφωση ηλεκτρονίων συνήθως αναφέρεται στη διάταξη των ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου στη θεμελιώδη του κατάσταση, την κατάσταση στην οποία όλα τα ηλεκτρόνια του ατόμου υπάρχουν στο χαμηλότερο δυνατό επίπεδο ενέργειας. Τα διαφορετικά επίπεδα ενέργειας που καταλαμβάνουν τα ηλεκτρόνια αναφέρονται συχνά ως κελύφη που περιβάλλουν τον πυρήνα του ατόμου. Κάθε κέλυφος χαρακτηρίζεται από έναν ακέραιο αριθμό, που αρχίζει με 1. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός του κελύφους, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόστασή του από τον πυρήνα του ατόμου. Τα ηλεκτρόνια σε κάθε φλοιό υπάρχουν σε περιοχές που ονομάζονται τροχιακά ή υποστυλώματα που ονομάζονται s, p, d και f.
Κάθε φλοιό ηλεκτρονίων μπορεί να καταλαμβάνεται από όχι περισσότερα από 2n2 ηλεκτρόνια, στα οποία το “n” σημαίνει τον αριθμό του φλοιού. Το πρώτο κέλυφος, που είναι πιο κοντά στον πυρήνα, θα περιέχει έτσι μόνο δύο ηλεκτρόνια, το δεύτερο οκτώ, το τρίτο 18 κ.ο.κ. Μέσα σε ένα κέλυφος, κάθε τροχιακό μπορεί να καταλαμβάνεται από όχι περισσότερα από δύο ηλεκτρόνια.
Κάθε κέλυφος περιέχει το ίδιο είδος τροχιακών που βρέθηκαν στο προηγούμενο κέλυφος και έναν νέο τύπο τροχιακού επίσης. Το πρώτο κέλυφος περιέχει μόνο ένα τροχιακό s, αλλά το δεύτερο κέλυφος περιέχει ένα τροχιακό s και τρία τροχιακά p. καθένα από αυτά τα τροχιακά p μπορεί να χωρέσει δύο ηλεκτρόνια, επομένως τα συνδυασμένα τροχιακά p μέσα σε ένα κέλυφος μπορούν να χωρέσουν έως και έξι ηλεκτρόνια. Το τρίτο κέλυφος έχει τροχιακό s, τρία τροχιακά p και πέντε τροχιακά d. Τα επτά τροχιακά f εμφανίζονται πρώτα στο τέταρτο κέλυφος, το οποίο περιέχει επίσης ένα τροχιακό s, τρία τροχιακά p και πέντε τροχιακά d. Τροχιακά πέρα από τα f τροχιακά υπάρχουν αλλά σπάνια συζητούνται.
Ένα διάγραμμα διαμόρφωσης ηλεκτρονίων δείχνει τη σειρά με την οποία γεμίζονται τα τροχιακά μέσα στα κελύφη. Για παράδειγμα, η διαμόρφωση ηλεκτρονίων για το στοιχείο νάτριο είναι 1s2 2s2 2p6 3s1, που σημαίνει ότι τα 11 ηλεκτρόνια του νατρίου βρίσκονται στην πρώτη, δεύτερη και τρίτη στοιβάδα ηλεκτρονίων. Τα τροχιακά s του πρώτου και του δεύτερου φλοιού περιέχουν το καθένα δύο ηλεκτρόνια και το τροχιακό p του δεύτερου έχει έξι ηλεκτρόνια. Το τροχιακό s του τρίτου κελύφους περιέχει μόνο ένα ηλεκτρόνιο. τα τρία τροχιακά του p και τα πέντε d τροχιακά του δεν είναι κατειλημμένα.
Όταν γράφετε σημειογραφία διαμόρφωσης ηλεκτρονίων, ο εκθέτης στο γράμμα που υποδεικνύει έναν τύπο τροχιακού δεν μπορεί ποτέ να είναι μεγαλύτερος από τον μέγιστο αριθμό ηλεκτρονίων που μπορούν να καταλάβουν αυτόν τον τύπο τροχιακού. Οι εκθέτες για s, p, d και f δεν θα είναι ποτέ μεγαλύτεροι από 2, 6, 10 και 14, αντίστοιχα.
Τα κελύφη και τα τροχιακά χαμηλότερης ενέργειας γεμίζονται πριν από αυτά με υψηλότερο επίπεδο ενέργειας. Αυτό δεν σημαίνει, ωστόσο, ότι ένα κέλυφος θα γεμίσει πλήρως πριν τα ηλεκτρόνια αρχίσουν να καταλαμβάνουν το επόμενο φλοιό. Ένα διάγραμμα διαμόρφωσης δείχνει ότι το τροχιακό 4s θα είναι κατειλημμένο πριν από τα τροχιακά 3d. Αυτό συμβαίνει επειδή καθώς αυξάνεται ο αριθμός των ηλεκτρονίων, τα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και δημιουργούν συνθήκες στις οποίες το υψηλότερο τροχιακό είναι η χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση για το επόμενο ηλεκτρόνιο που θα καταλάβει.
Η κατανόηση της διαμόρφωσης ηλεκτρονίων είναι ιδιαίτερα σημαντική για τη μελέτη της χημείας. Αυτό συμβαίνει επειδή οι χημικές αντιδράσεις συμβαίνουν γενικά στα ηλεκτρόνια σθένους ή του εξωτερικού κελύφους. Η διαμόρφωση ηλεκτρονίων του κελύφους σθένους παρέχει σημαντικές πληροφορίες για το πώς κάθε στοιχείο αντιδρά με τα άλλα.