Les électrons ne se disposent pas au hasard autour du noyau. En 1913, Niels Bohr suppose qu'ils se situent à des distances particulières. Les zones dans lesquelles on peut trouver les électrons se nomment couches et sous-couches. On les repère à l'aide de chiffres et de lettres.

Les couches sont représentées par un entier positif n. La première couche correspond à n = 1, la deuxième à n = 2, etc. Chaque couche possède une ou plusieurs sous-couches représentées par la lettre l à laquelle sont associées une valeur puis une autre lettre. La première sous-couche se note s (l = 0), la deuxième p (l= 1) et la troisième (l= 2) se note d.

Par exemple, si n = 3 et l = 2 on parle de la sous-couche 3d.

Sur une orbite donnée, les éléctrons ont une énergie donnée. On parle donc de niveau d'énergie pour chaque sous-couche.

Le remplissage des couches et sous-couches se fait par ordre d'énergie croissante. Il suffit de suivre les flèches rouges de l'image ci-contre. Cette règle de remplissage est appelée règle de Klechkowski.

Ci-dessus le modèle de Bohr de l'atome d'aluminium. La configuration électronique de l'aluminium (Z = 13) s'écrit : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹.