W atomie elektron może mieć tylko energię pewien dyskretny zbiór wartości. Te wartości nazywane są „poziomami energii”. Z tego powodu mówi się, że poziomy energii są kwantyzowane.
Aby przejść z niższego poziomu na wyższy, absorbowany jest foton odpowiadający różnicy energii między poziomami energii.
Kiedy elektron zmienia poziomy energii, zmienia się funkcja falowa elektronu. Na przykład rozkład prawdopodobieństwa lokalizacji elektronu w atomie zmienia się. Generalnie im wyższy poziom energii, tym większe prawdopodobieństwo, że elektron znajdzie się dalej od jądra.