Una subcapa es un área dentro de la capa de electrones de un átomo que contiene un tipo de orbital de electrones. Todos y cada uno de los átomos consta de un núcleo central de uno o más protones positivos y cero o más neutrones sin carga, con electrones viajando a su alrededor. Los electrones de un átomo no pueden viajar libremente al azar, sino que, hasta cierto punto, están ligados. Así como los libros se organizan según el formato de capítulos, páginas y líneas, los electrones de un átomo se organizan en capas, subcapas y orbitales. A menos que los electrones estén energéticamente excitados, permanecen en esos orbitales.
Las asignaciones a las designaciones de capa y subcapa dependen de las características mecánicas cuánticas de un electrón ligado. Hay cuatro números cuánticos de este tipo: «n», «l», «m» y «s». Estos son el número cuántico primario relacionado con la energía (n), asociado con el modelo de Bohr del átomo, el número cuántico de momento angular (l), el vector de componente de momento angular (m) y el número cuántico de espín. El valor n define el caparazón y debe ser un número entero no menor que uno. Si el número cuántico primario n = 1, el número de capa es 1, también llamado capa K; si n = 2, el número de caparazón es 2, la capa L; si n = 3, el caparazón M; n = 4, la capa N; n = 5, la capa O; y así.
Pasando por alto, momentáneamente, la descripción del siguiente nivel de orden (subcapas), los orbitales de los electrones dependen del valor y del momento angular del electrón. Los valores del número cuántico de momento angular, l, pueden ser cero o números enteros mayores que cero; si l = 0, el orbital es un orbital s; si l = 1, es una p-; si l = 2, a d-; l = 3, una f- y si el orbital tiene un valor l = 4, el orbital es un orbital g. Es el valor l el que determina la probabilidad de que un electrón se encuentre dentro de una determinada región del espacio, teniendo esa región una forma definida. Un orbital s es esférico, mientras que un orbital p tiene dos esferas aplanadas con las superficies planas enfrentadas. La forma del orbital d puede tener cuatro orbes estrechamente asociados, o dos orbes por encima y por debajo de un anillo; los valores más altos de l conducen a otras formas de probabilidad orbital.
Cada capa tiene una o más subcapas, cada una de las cuales puede contener orbitales. Las letras que identifican las subcapas coinciden con los tipos de orbitales que contienen: una subcapa d contiene orbitales d, una subcapa f, orbitales f. El número del posible componente de momento angular o valores m, multiplicado por el número de posibles cuánticos de espín o valores s, determina el número máximo de orbitales que pueden existir dentro de una subcapa particular. Los valores de m pueden ser cualquier número entero entre -1 y +1, incluido 0, mientras que s debe ser +1/2 o -1/2. El cálculo nos da, en el caso de una subcapa f (l = 3), siete valores m y dos valores s, lo que da como resultado un máximo de 7 × 2 = 14 orbitales posibles.
Sumar los orbitales de la subcapa nos da el número de posibles orbitales en cada tipo de capa. En una capa K, solo hay una subcapa s, que a su vez contiene un máximo de dos orbitales s. Dos subcapas, s- y p-, están contenidas en la capa L, y cada subcapa contiene hasta 2 + 6 = 8 orbitales. Las tres subcapas de una capa M, s-, p- y d-, pueden contener 2 + 6 + 10 = 18 orbitales, mientras que las subcapas s-, p-, d- y f de una capa N tienen hasta 2 + 6 + 10 + 14 = 32 orbitales. Las capas G incluyen subcapas s, p, d, f y g, y pueden contener hasta 2 + 6 + 10 + 14 + 18 = 50 orbitales.