Vedyn energiatilojen kuvaamiseen riitti yksi kvanttiluku, [[$n$]]. Elektronilla on kuitenkin muitakin tiloja kuin edellä määritetyt perus- ja viritystilat. Esimerkiksi joillekin energiatiloille saadaan Schrödingerin yhtälön ratkaisuna useita vaihtoehtoisia todennäköisyysjakauman muotoja eli orbitaaleja. Monielektroniatomeissa tällä on merkitystä. Wolfgang Paulin (1900-1958) mukaan nimetyn Paulin kieltosäännön mukaisesti kaksi elektronia ei voi olla täsmälleen samassa tilassa.

Elektronin tila muodostuu neljän kvanttiluvun kautta.

Pääkvanttiluku [[$n$]] määrää tilan energian. Pääkvanttiluku kuvaa myös, kuinka kaukana atomiytimestä elektroni keskimäärin sijaitsee. Mitä suurempi on pääkvanttiluku, sitä kauemmas todennäköisyysjakauma on keskittynyt. Pääkvanttiluku voi saada arvokseen mitä tahansa positiivisia kokonaislukuja (1, 2, 3, ...). Arvoille käytetään joskus myös tunnuksia K, L, M, N, ...

Sivukvanttiluku [[$\ell$]] kertoo orbitaalin muodon. Kuvissa atomiydin on keskellä. Atoimiytimen ympärille piirretään alue, jonka sisällä elektroni on 95 % todennäköisyydellä. Sininen ja punainen väri ovat kuvissa vain, jotta orbitaalien muodot hahmottuvat paremmin. Sivukvanttiluku voi saada arvokseen kokonaisluvun välillä [[$0\le \ell \le n-1$]]. Sivukvanttiluvun arvoille käytetään myös tunnuksia s, p, d, f, ...

Magneettinen kvanttiluku [[$m$]] kertoo orbitaalin asennon. Esimerkiksi p-orbitaaleja on kolme, koska yllä näkyvät p-orbitaalin pallukat voivat olla x-, y- tai z-suunnassa. Eri asentojen vaikutus kvanttitilan energiaan havaitaan atomin ollessa ulkoisessa magneettikentässä. Siksi asentoa kuvaavaa kvanttilukua kutsutaan magneettiseksi kvanttiluvuksi. Magneettikentän vaikutus energiatasoihin paljastuu siten, että aineen emissiospektrin spektriviivat jakaantuvat magneettikentässä useampiin lähekkäisiin spektriviivoihin. Magneettinen kvanttiluku voi saada kokonaislukuarvoja välillä [[$-\ell \dots \ell$]], eli vaihtoehtoisia asentoja on sitä enemmän, mitä monimutkaisemmasta muodosta on kyse.

Spinkvanttiluku [[$m_s$]] erottaa kaksi muuten samassa tilassa olevaa elektronia toisistaan. Spinkvanttiluku vaikuttaa elektronin käyttäytymiseen vastaavalla tavalla kuin makroskooppisen hiukkasen käyttäytymiseen vaikuttaa se, pyöriikö se itsensä ympäri myötä- vai vastapäivään. Spinkvanttiluvulla on kaksi arvoa, jotka merkitään +½ ja -½. Elektronin spiniä ei kuitenkaan pidä mieltää elektronin pyörimisliikkeeksi.