1914년까지 어니스트 러더퍼드와 헨리 모즐리, 제임스 프랑크, 구스타프 헤르츠 등이 여러가지 실험을 통해 원자의 중심에 양전하를 띄는 원자핵이 존재하고, 이보다 수천배 가량 가벼운 전자가 그 주위를 돌고 있다는 사실을 밝혀낸다. 1913년에는 덴마크의 물리학자 닐스 보어가 전자가 가질 수 있는 에너지 준위가 양자화되어있으며, 이 에너지는 전자 궤도의 각운동량에 의해 결정된다는 사실을 보인다. 보어는 이러한 모델을 통해 수소원자의 선스펙트럼이 어떤 에너지 준위에 있는 전자가 다른 에너지 준위로 이동하기 위해서는 그 차이만큼의 에너지를 광자의 형태로 흡수 또는 방출 하기 때문에 나타나는 현상이라고 완벽하게 설명해낸다. 그러나 보어의 이론은 왜 각 스펙트럼의 세기가 다르게 나타나는지, 그리고 여러개의 양성자를 가진 헬륨 이상의 원자에서 나타나는 선스펙트럼의 양상은 설명하지 못했다

원자간 화학 결합 역시 전자에 의해 설명되기 시작한다. 1916년에 길버트 뉴턴 루이스는 공유 결합이 두 원자가 전자쌍을 서로 공유하며 나타나는 현상임을 밝혀냈고, 1927년에는 발터 하이틀러와 프리츠 론돈이 양자 역학의 언어로 원자들이 어떻게 전자쌍을 서로 공유하는지 설명해내는데 성공했다. 1919년에는 미국의 화학자 어빙 랭뮤어가 루이스의 정적 모형에 덧붙여 전자껍질의 두께들이 모두 동일하며, 동심원을 이룬다고 주장하는데, 곧이어 전자 껍질에 전자쌍이 들어갈 수 있는 방이 여러개 존재한다는 원자모형을 제안한다. 이 랭뮤어의 원자모형은 주기율표 상의 모든 원소들이 화학 결합을 형성하는 방식을 성공적으로 설명해낸다 

1924년에는 오스트리아의 물리학자 볼프강 파울리가 원자의 껍질 구조를 네 종류의 양자적 에너지 상태로 설명할 수 있으며, 각 상태에는 한 개 이상의 전자가 들어갈 수 없다는 파울리 배타 원리를 제안한다. 그러나 당시까지 전자의 양자적 상태로는 궤도 번호와 각운동량밖에 밝혀져 있지 않은지라 나머지 파울리가 주장한 나머지 두 가지 에너지 상태는 아직 가설의 영역에 불과했다. 그러나 1925년에 네덜란드 출신의 두 물리학자 사무엘 구드스미트와 조지 울렌벡이 자기 쌍극자 모멘트가 양자화되어 있고, 전자만의 고유 각운동량이라는 개념을 제안하면서 나머지 두 에너지 상태도 모습을 드러낸다 이 고유 각운동량이라는 개념은 지구가 공전뿐 아니라 자전도 한다는 사실에서 착안한 것으로, 이후 슈테른-게를라흐 실험을 통해 그 실재가 증명됨과 동시에 스핀이라는 이름으로 알려지게 된다. 스핀의 도입으로 인해 선스펙트럼을 고해상도로 보았을 때 선이 갈라져 미세 구조가 나타나는 이유도 동시에 설명된다.
어빙 랭뮤어가 전자껍질의 두께가 제각기 다르다고 발표한 시기는?
1919년 1919