La configuración electrónica generalmente se refiere a la disposición de los electrones alrededor del núcleo de un átomo en su estado fundamental, el estado en el que todos los electrones del átomo existen en el nivel de energía más bajo posible. Los diferentes niveles de energía ocupados por los electrones a menudo se denominan capas que rodean el núcleo del átomo. Cada capa está designada por un número entero, comenzando con 1. Cuanto mayor sea el número de la capa, mayor será su distancia del núcleo del átomo. Los electrones de cada capa existen en regiones llamadas orbitales o subcapas que se denominan s, p, d y f.
Cada capa de electrones no puede estar ocupada por más de 2n2 electrones, en los que «n» representa el número de capa. La primera capa, que está más cerca del núcleo, contendrá, por tanto, sólo dos electrones, la segunda ocho, la tercera 18, y así sucesivamente. Dentro de una capa, cada orbital no puede estar ocupado por más de dos electrones.
Cada capa contiene el mismo tipo de orbitales que se encuentran en la capa anterior y también un nuevo tipo de orbital. La primera capa contiene sólo un orbital s, pero la segunda capa contiene un orbital s y tres orbitales p; cada uno de estos orbitales p puede contener dos electrones, por lo que los orbitales p combinados dentro de una capa pueden contener hasta seis electrones. La tercera capa tiene un orbital s, tres orbitales p y cinco orbitales d. Los siete orbitales f ocurren primero en la cuarta capa, que también contiene un orbital s, tres orbitales p y cinco orbitales d. Existen orbitales más allá de los orbitales f, pero rara vez se comentan.
Un gráfico de configuración de electrones muestra el orden en que se llenan los orbitales dentro de las capas. Por ejemplo, la configuración electrónica del elemento sodio es 1s2 2s2 2p6 3s1, lo que significa que los 11 electrones del sodio se encuentran en la primera, segunda y tercera capa de electrones. Los orbitales s de la primera y la segunda capa contienen cada uno dos electrones, y el orbital p de la segunda tiene seis electrones. El orbital s de la tercera capa contiene solo un electrón; sus tres orbitales p y cinco orbitales d están desocupados.
Al escribir la notación de configuración electrónica, el superíndice en la letra que indica un tipo de orbital nunca puede ser mayor que el número máximo de electrones que pueden ocupar ese tipo de orbital. Los superíndices para s, p, d y f nunca serán superiores a 2, 6, 10 y 14, respectivamente.
Las capas y orbitales de menor energía se llenan antes que los de mayor nivel de energía. Sin embargo, esto no significa que una capa estará completamente llena antes de que los electrones comiencen a ocupar la siguiente capa. Un gráfico de configuración muestra que el orbital 4s estará ocupado antes que los orbitales 3d. Esto sucede porque a medida que aumenta el número de electrones, los electrones interactúan entre sí y crean condiciones en las que el orbital superior es el estado de menor energía que debe ocupar el siguiente electrón.
Comprender la configuración electrónica es particularmente importante para el estudio de la química. Esto se debe a que las reacciones químicas generalmente ocurren en los electrones de valencia o de la capa externa. La configuración electrónica de la capa de valencia proporciona información importante sobre cómo reacciona cada elemento con los demás.