1905. J.Thomson je predložio prvi model strukture atoma prema kojem je to pozitivno nabijena kugla, unutar koje se nalaze čestice s negativnim nabojem - elektroni. Električna neutralnost atoma objasnjena je jednakošću naboja kugle i svih njenih elektrona.
Tu je teoriju 1911. zamijenioplanetarni model koji je stvorio Rutherford: u sredini je jezgra-zvijezda, koja čini većinu cjelokupnog atoma, elektroni planeta se okreću oko njega u svojim orbitama. Međutim, daljnji rezultati eksperimenata dovode u pitanje ispravnost ovog modela. Na primjer, iz Rutherfordovih formula proizlazi da se brzina elektrona i njihovi radijusi mogu neprestano mijenjati. U tom slučaju bi se opažala kontinuirana emisija kroz cijeli spektar. Međutim, eksperimentalni rezultati ukazuju na linearne spektre atoma. Postoje i neke druge suprotnosti. Nakon toga, N. Bohr je predložio kvantni model strukture atoma. Potrebno je zabilježiti prizemno i uzbuđeno stanje atoma. Ova karakteristika omogućuje, posebno, objašnjenje valencije elementa.
Uzbuđeno stanje atoma jeposredni je korak između stanja s nultom energetskom razinom i prekoračenja ga. Izuzetno je nestabilno, dakle vrlo brzo, trajanje je milijun sekundi. Uzbuđeno stanje atoma nastaje kada mu se da dodatna energija. Na primjer, njegov izvor može utjecati na temperaturu i elektromagnetska polja.
U pojednostavljenom obliku, klasična teorija struktureatoma tvrdi da se negativno nabijene nedjeljive čestice - elektroni - okreću oko jezgre na određenim udaljenostima u kružnim orbitama. Svaka orbita nije linija, kao što možda izgleda, već energetski "oblak" s nekoliko elektrona. Uz to, svaki elektron ima svoj spin (rotira se oko svoje osi). Polumjer orbite bilo kojeg elektrona ovisi o njegovoj energetskoj razini, stoga je, u nedostatku vanjskih utjecaja, unutarnja struktura prilično stabilna. Njegovo kršenje - uzbuđeno stanje atoma - događa se kad se komunicira vanjska energija. Kao rezultat toga, u posljednjim orbitama, gdje je sila interakcije s jezgrom mala, isparenja elektrona u paru isparavaju se i, kao rezultat, prelaze u nezauzete stanice. Drugim riječima, u skladu sa zakonom očuvanja energije, prijelaz elektrona u višu energetsku razinu prati apsorpcija kvanta.
Razmotrite uzbuđeno stanje atoma naprimjer atoma arsena (As). Njegova je valencija tri. Zanimljivo je da je ta vrijednost istinita samo u slučaju kada je element u slobodnom stanju. Budući da je valencija određena brojem nesparenih spinova, kada atom primi vanjsku energiju u području zadnje orbite, uparivanje se promatra s prijelazom čestice u slobodnu ćeliju. Kao rezultat toga, orbita se mijenja. Budući da energetski pod-nivoi jednostavno mijenjaju mjesta, prijelaz natrag (rekombinacija) u osnovno stanje atoma prati oslobađanje ekvivalenta apsorbirane energije u obliku kvanta. Vratimo se primjeru s arsenom: zbog promjene broja neparnih okretaja u pobuđenom stanju, valencija elementa odgovara pet.
Shematski, sve gore navedeno izgleda na sljedeći načinnačin: kada atom primi dio energije izvana, vanjski se elektroni pomiču na veću udaljenost od jezgre (radijus orbite se povećava). Međutim, kako proton ostaje u jezgri, ukupna vrijednost unutarnje energije atoma postaje veća. U nedostatku kontinuirane opskrbe vanjskom energijom, elektron se vrlo brzo vraća u svoju bivšu orbitu. U tom se slučaju višak njegove energije oslobađa u obliku elektromagnetskog zračenja.
