การจัดเรียงอิเล็กตรอนมีความสัมพันธ์กับการบอกหมู่และคาบ โดยเวเลนซ์อิเล็กตรอนจะตรงกับเลขที่ของหมู่ ดังนั้นธาตุที่อยู่หมู่เดียวกันจะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากัน และจำนวนระดับพลังงานจะตรงกับเลขที่ของคาบ ดังนั้นธาตุในคาบเดียวกันจะมีจำนวนระดับพลังงานเท่ากัน โดยนอกจากการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับชั้นพลังงานหลัก ยังมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย โดยอาศัยหลักการกีดกันของเพาลี กฎของฮุนด์ และการบรรจุอิเล็กตรอนแบบเต็มและแบบครึ่ง เพื่อให้จัดเรียงอิเล็กตรอนได้ในระดับพลังงานที่เสถียรที่สุด

หลักการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก มีดังนี้

1. จะต้องจัดเรียงอิเล็กตรอนเข้าไปในระดับพลังงานต่ำสุดให้เต็มก่อนจึงจัดให้อยู่ในระดับพลังงานถัดไป

2. เวเลนซ์อิเล็กตรอนจะเกิน 8 ไม่ได้

3. จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานถัดเข้าไปของธาตุในหมู่ IA, IIA เท่ากับ 8 ส่วนหมู่ IIA – VIIIA เท่ากับ 18

หลักการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย ต้องอาศัยหลักการต่าง ๆ ดังนี้

1. หลักการกีดกันของเพาลี (Pauli exclusion principle) 

หลักการนี้กล่าวว่า ในการจัดเรียงอิเล็กตรอนลงในแต่ละออร์บิทัลนั้น สามารถจัดเรียงอิเล็กตรอนได้มากที่สุดเพียง 2 อิเล็กตรอนเท่านั้น และทั้ง 2 อิเล็กตรอนจะต้องมีสมบัติที่แตกต่างกัน คือ อิเล็กตรอนคู่นั้นต้องมีทิศทางของอิเล็กตรอนต่างกัน โดยถ้ามีอิเล็กตรอนตัวหนึ่งมีทิศทางขึ้นแล้ว อิเล็กตรอนอีกตัวหนึ่งต้องมีทิศทางลม
 

การเขียนสัญลักษณ์แสดงอิเล็กตรอนจะสามารถเขียนได้ดังนี้

เรียกการจัดเรียงแบบนี้ว่า อิเล็กตรอนคู่ นั่นคือมี 2 อิเล็กตรอนในออร์บิทัล หัวลูกศรชี้ไปในทิศตรงข้ามกัน หากเขียนสัญลักษณ์ของหัวลูกศรชี้ไปในทิศทางเดียวกัน จะไม่สอดคล้องกับหลักการกีดกันของเพาลี แต่หากมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว สามารถเขียนแสดงลูกศรเพียงตัวเดียว โดยหัวลูกศร จะชี้ขึ้นหรือชี้ลงก็ได้ 

2. หลักอาฟบาว (Aufbau principle)

หลักการนี้กล่าวว่า การจัดเรียงอิเล็กตรอนลงในแต่ละออร์บิทัลจะต้องจัดเรียงลงในออร์บิทัลที่มีพลังงานงานต่ำสุดก่อน แล้วจึงจัดเรียงลงในออร์บิทัลถัดไปที่มีพลังงานสูงขึ้น

3. การบรรจุอิเล็กตรอนแบบเต็มและแบบครึ่ง

การบรรจุอิเล็กตรอนจนเต็มในทุกออร์บิทัลที่มีพลังงานเท่ากัน เรียกว่า การบรรจุแบบเต็ม ซึ่งจะส่งผลให้ออร์บิทัลนั้นมีความเสถียรมากที่สุด และการบรรจุอิเล็กตรอนลงในออร์บิทัลที่ทำให้ออร์บิทัลมีความเสถียรรองลงมา คือ การบรรจุอิเล็กตรอนอยู่เพียงครึ่งเดียวเหมือนกันทั้งหมดในทุกออร์บิทัลที่มีพลังงานเท่ากัน ซึ่งเรียกการบรรจุแบบนี้ว่า การบรรจุแบบครึ่ง 

ทั้งนี้เพื่อความสะดวกในการเขียนสัญลักษณ์แสดงการจัดเรียงอิเล็กตรอนในออร์บิทัล สามารถเขียนได้เป็น 1s¹ โดยมีความหมายดังนี้

                            จำนวนอิเล็กตรอนในออร์บิทัล

    ระดับชั้นพลังงานหลัก        1s¹

                            สัญลักษณ์ที่ใช้แทนออร์บิทัล

ตารางแสดงการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับชั้นพลังงานย่อยของธาตุบางชนิด

สรุปหลักการจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม

1. อิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับชั้นพลังงานนอกสุด เรียกว่า เวเลนซ์อิเล็กตรอน (valence electron) ซึ่งมีค่าไม่เกิน 8

2. เมื่อมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนมากขึ้น สามารถเขียนแบบย่อได้ โดยเขียนธาตุหมู่ VIIIA แล้วตามด้วยจำนวนอิเล็กตรอนที่เหลือ 

3. ในกรณีของธาตุที่มีเลขอะตอมตั้งแต่ 21 – 30 (Sc – Zn) จะมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่แตกต่างจากธาตุ 20 ตัวแรก เพราะธาตุทั้ง 10 ตัวนี้เป็นธาตุในกลุ่มแทรนซิชัน แต่อย่างไรก็ตามธาตุทั้ง 10 ตัวนี้ยังคงมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนตามหลักการจัดเรียงอิเล็กตรอนเช่นกัน

ปิตุพร พิมพาเพชร