③磁量子數m與電子雲的伸展方向。電子雲不僅有確定的形狀，還有一定的伸展方向。電子雲的伸展方向對應於磁量子數m。角量子數l確定後，磁量子數m可有2l+1個取值。磁量子數m（MagneticQuantumNumber）的量子化條件受l值的限製，m可取的數值為0，±1，±2，±3，…，±l，共可取2l+1個值。每一個m值代表電子雲的一個伸展方向。m反映電子雲在空間的伸展方向，即取向數目。例如，當l=0時，按量子化條件m隻能取0，即s電子雲在空間隻有球狀對稱的一種取向，在空間各個方向上伸展的程度相同，表明s亞層隻有一個軌道；當l=1時，m依次可取-1，0，+1這3個值，表示p電子雲在空間有互成直角的3個伸展方向，分別以px，py，pz表示，即p亞層有3個原子軌道；d電子雲有5種伸展方向，d亞層有5個原子軌道；f電子雲有7種伸展方向，f亞層有7個原子軌道。
同一亞層內的原子軌道其能量是相同的，稱為等價軌道或簡並軌道。即n和l相同的p亞層有3個簡並軌道，d亞層有5個簡並軌道，而f亞層則有7個簡並軌道。
但在磁場作用下，能量會有微小的差異，因而其線狀光譜在磁場中會發生分裂。
當一組合理的量子數n，l，m確定後，電子運動的波函數ψ也隨之確定，該電子的能量、核外的概率分布也確定了。
④自旋量子數ms與電子的自旋。自旋角動量量子數ms（SpinAngularMomentumQuantumNumber）與n，l，m這3個量子數是解薛定諤方程過程所要求的量子化條件。實驗也證明了這些條件與實驗的結果相符。但用高分辨率的光譜儀在無外磁場的情況下觀察氫原子光譜時發現原先的一條譜線又分裂為兩條靠得很近的譜線，反映出電子運動的兩種不同的狀態。為了解釋這一現象，又提出了第4個量子數，稱為自旋角動量量子數，用符號ms表示。前麵3個量子數決定電子繞核運動的狀態，因此，也常稱軌道量子數。原子中電子不僅繞核運動，其自身還做自旋運動。量子力學用自旋角動量量子數ms=+1/2或ms=-1/2分別表示電子的兩種不同的自旋運動狀態。通常圖示用向上箭頭↑、向下箭頭↓表示。兩個電子的自旋狀態為“↑↑”時，稱為自旋平行；而“↑↓”的自旋狀態稱為自旋相反。
綜上所述，電子在原子核外的運動狀態是相當複雜的，必須由它所處的電子層、電子亞層、電子雲的空間伸展方向和電子自旋狀態4個方麵（4個量子數）來決定。4個量子數是相互聯係、相互製約的。主量子數n和軌道角動量量子數l決定核外電子的能量；軌道角動量量子數l決定電子雲的形狀；磁量子數m決定電子雲的空間取向；自旋角動量量子數決定電子運動的自旋狀態。根據4個量子數可以確定核外電子的運動狀態，可以算出各電子層中電子可能的狀態數。也就是說，當我們要描述一個電子的運動狀態時，也必須同時從這4個方麵用4個量子數來一一指明。
氫原子的核外隻有1個電子，它隻受到原子核的吸引作用，其原子軌道的能量隻取決於主量子數n。而在多電子原子中，電子不僅受核的吸引，電子與電子之間還存在相互排斥作用，電子的能量不僅取決於主量子數n，還與軌道角動量量子數l有關，即核外電子在主量子數n相同的同一電子層內，各亞層的能量是不相等的。
核外電子排布：
了解了核外電子的運動狀態後，我們要討論核外電子的排布情況。了解核外電子的排布，有助於對元素性質周期性變化規律的理解，以及對元素周期表結構和元素分類本質的認識。在已發現的112種元素中，除了氫以外的其他元素的原子，核外都不止一個電子，這些原子統稱為多電子原子。根據原子光譜實驗和量子力學理論，原子核外電子排布遵循以下3條原則：
（1）保裏不相容原理：
原子核外電子的運動狀態是由它所處的電子層、電子亞層、電子雲的伸展方向以及電子的自旋狀態這4個方麵來決定的。1929年，奧地利科學家保裏提出：在同一個原子裏，沒有這4個方麵完全相同的兩個電子存在。也就是說，在同一個原子裏，不可能有運動狀態完全相同的兩個電子。這個結論稱為保裏不相容原理。科學實驗也證明了這一點。
在一個原子裏，每個電子都擁有唯一的一組量子數n，l，m，ms，兩個電子各自擁有的一組量子數不能完全相同，假若它們的主量子數n，角量子數l，磁量子數m分別相同，則自旋磁量子數ms必定不同，它們必定擁有相反的自旋磁量子數。換句話說，處於同一原子軌道的兩個電子必定擁有相反的自旋磁量子數。
（2）能量最低原理：
係統的能量越低，係統越穩定，這是大自然的規律。原子核外電子的排布也服從這一規律。在多電子原子核外電子的排布中，通常狀況下，基態時核外電子總是盡可能優先占有能級最低的軌道，使原子處於能量最低的狀態；隻有當這些軌道占滿後，電子才依次進入能級較高的軌道，這個規律稱為能量最低原理。
所謂能級，就是把原子中不同的電子層和亞層按能量高低排列成序，像台階一樣，如1s能級、2s能級、2p能級，等等。相鄰兩個能級組之間的能量差較大，而同一能級組中各軌道能級間的能量差較小或很接近。
當主量子數n相同時，隨著軌道角動量量子數l的增大，軌道能量E升高。例如：
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