Con aplicaciones en química y mecánica cuántica, el principio de exclusión de Pauli se ocupa de la ubicación de electrones en un átomo. El principio establece que cada electrón en un átomo debe tener números cuánticos únicos. Los números cuánticos indican la subcapa y el tamaño, la ubicación y el nivel de energía de los orbitales en los que se pueden encontrar los electrones, así como el giro de cada electrón.
En un átomo, los electrones orbitan alrededor del núcleo. Las áreas en las que los electrones específicos ocupan espacio se denominan orbitales, y los orbitales se agrupan en subcapas. El número de electrones en un orbital o subnivel dado está dictado por los preceptos del principio de exclusión de Pauli, que dice que dos electrones no pueden tener números cuánticos idénticos. Hay cuatro números cuánticos para electrones que, juntos, indican la ubicación general del electrón en un átomo dado. Los números cuánticos se denominan principal, azimutal, magnético y de espín.
El número cuántico principal indica el nivel de energía y el tamaño de un orbital dado. La energía aumenta a medida que los orbitales de los electrones alejan al padre del núcleo. Este número cuántico está indicado por un número entero. Cuando los científicos anotan la posición de un electrón en un átomo, el número cuántico principal es lo primero que se escribe.
Los números cuánticos azimutales y magnéticos dan información sobre la subcapa de un orbital. Indicando la subcapa real, el azimutal dicta información sobre esa subcapa. El magnético determina cuántos orbitales hay en una subcapa determinada e indica en cuál de esos orbitales reside el electrón. Aunque el número azimutal puede indicarse con un número, la notación científica se escribe como una letra: s, p, d o f. El número cuántico magnético se indica mediante un número en superíndice en notación científica, pero se indica como cero o como un número positivo o negativo de lo contrario.
El giro de un electrón puede ser en sentido horario o antihorario. El principio de exclusión de Pauli dicta que cada electrón en un orbital debe girar en una dirección diferente. Dado que solo hay dos opciones, solo dos electrones pueden ocupar el mismo orbital y permanecer únicos. Los giros se indican con un «1/2» positivo o negativo o con flechas que apuntan hacia arriba o hacia abajo.
El principio de exclusión de Pauli sirve como base para explicar los enlaces entre átomos, así como las reglas y los fenómenos científicos. Tiene aplicaciones en la regla de Hund y la teoría de bandas. Además, ayuda a determinar cuándo y cómo las estrellas colapsan en las etapas de enana blanca y estrella de neutrones de sus existencias.