En un átomo, un electrón solo puede tener energías de un cierto conjunto discreto de valores. Estos valores se denominan «niveles de energía». Por eso se dice que se cuantifican los niveles de energía.
Para pasar de un nivel inferior a un nivel superior, se absorbe un fotón que coincide con la diferencia de energía entre los niveles de energía.
Cuando el electrón cambia los niveles de energía, la función de onda del electrón cambia. Por ejemplo, cambia la distribución de probabilidad de dónde se encuentra el electrón en el átomo. Generalmente, cuanto mayor es el nivel de energía, mayor es la probabilidad de que el electrón se ubique más lejos del núcleo.