在不同的時(shí)代，人們對(duì)電子在原子中的存在方式有過(guò)各種不同的推測(cè)。

早的原子模型是湯姆孫的梅子布丁模型。發(fā)表于1904年，湯姆遜認(rèn)為電子在原子中均勻排列，就像帶正電布丁中的帶負(fù)電梅子一樣。1909年，的盧瑟福散射實(shí)驗(yàn)徹底地推翻了這模型。

盧瑟福根據(jù)他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，于1911年，設(shè)計(jì)出盧瑟福模型。在這模型里，原子的絕大部分質(zhì)量都集中在小小的原子核中，原子的絕大部分都是真空。而電子則像行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)一樣圍繞著原子核運(yùn)轉(zhuǎn)。這一模型對(duì)后世產(chǎn)生了巨大影響，直到現(xiàn)在，許多高科技組織和單位仍然使用電子圍繞著原子核的原子圖像來(lái)代表自己。

在經(jīng)典力學(xué)的框架之下，行星軌道模型有一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題不能解釋?zhuān)撼始铀俣冗\(yùn)動(dòng)的電子會(huì)產(chǎn)生電磁波，而產(chǎn)生電磁波就要消耗能量；終，耗盡能量的電子將會(huì)一頭撞上原子核（就像能量耗盡的人造衛(wèi)星終會(huì)進(jìn)入地球大氣層）。于1913年，尼爾斯·玻爾提出了玻爾模型。在這模型中，電子運(yùn)動(dòng)于原子核外某一特定的軌域。距離原子核越遠(yuǎn)的軌域能量越高。電子躍遷到距離原子核更近的軌域時(shí)，會(huì)以光子的形式釋放出能量。相反的，從低能級(jí)軌域到高能級(jí)軌域則會(huì)吸收能量。藉著這些量子化軌域，玻爾正確地計(jì)算出氫原子光譜。但是，使用玻爾模型，并不能夠解釋譜線的相對(duì)強(qiáng)度，也無(wú)法計(jì)算出更復(fù)雜原子的光譜。這些難題，尚待后來(lái)量子力學(xué)的解釋。

1916年，美國(guó)物理化學(xué)家吉爾伯特·路易士成功地解釋了原子與原子之間的相互作用。他建議兩個(gè)原子之間一對(duì)共用的電子形成了共價(jià)鍵。于1923年，沃爾特·海特勒Walter Heitler和弗里茨·倫敦Fritz London應(yīng)用量子力學(xué)的理論，完整地解釋清楚電子對(duì)產(chǎn)生和化學(xué)鍵形成的原因。于1919年，歐文·朗繆爾將路易士的立方原子模型cubical atom。加以發(fā)揮，建議所有電子都分布于一層層同心的（接近同心的）、等厚度的球形殼。他又將這些球形殼分為幾個(gè)部分，每一個(gè)部分都含有一對(duì)電子。使用這模型，他能夠解釋周期表內(nèi)每一個(gè)元素的周期性化學(xué)性質(zhì)。

于1924年，奧地利物理學(xué)家沃爾夫?qū)づ堇靡唤M參數(shù)來(lái)解釋原子的殼層結(jié)構(gòu)。這一組的四個(gè)參數(shù)，決定了電子的量子態(tài)。每一個(gè)量子態(tài)只能容許一個(gè)電子占有。（這禁止多于一個(gè)電子占有同樣的量子態(tài)的規(guī)則，稱(chēng)為泡利不相容原理）。這一組參數(shù)的前三個(gè)參數(shù)分別為主量子數(shù)、角量子數(shù)和磁量子數(shù)。第四個(gè)參數(shù)可以有兩個(gè)不同的數(shù)值。于1925年，荷蘭物理學(xué)家撒姆耳·高斯密特Samuel Abraham Goudsmit和喬治·烏倫貝克George Uhlenbeck提出了第四個(gè)參數(shù)所代表的物理機(jī)制。他們認(rèn)為電子，除了運(yùn)動(dòng)軌域的角動(dòng)量以外，可能會(huì)擁有內(nèi)在的角動(dòng)量，稱(chēng)為自旋，可以用來(lái)解釋先前在實(shí)驗(yàn)里，用高分辨率光譜儀觀測(cè)到的神秘的譜線分裂。這現(xiàn)象稱(chēng)為精細(xì)結(jié)構(gòu)分裂。