Quando gli atomi si legano fra loro, dando vita alle strutture molecolari e ai reticoli cristallini e quindi ai minerali e alle rocce, lo fanno attraverso legami chiamati legami chimici. Ma quali sono le forze in grado di "unire" due o più atomi?
Per rispondere a questa domanda bisogna fare un passo indietro e vedere nel dettaglio la natura delle particelle che compongono un singolo atomo, le cosidette particelle elementari cosituite dai protoni (carica positiva) e i neutroni (carica nulla), che compongono il nucleo e che assegnano il numero atomico all'atomo, e gli elettroni (carica negativa) che invece ruotano attorno al nucleo seguendo determinate orbite. Dalla quantità di questi ultimi e dalla loro posizione intorno al nucleo dipende la natura del legame chimico che l'atomo sarà in grado di supportare. Importante premettere che è impossibile spiegare l'elettrone seguendo i principi della fisica classica poichè l'elettrone, avendo carica opposta al nucleo, dovrebbe essere attratta da questo e vi si dovrebbe appiccicare; inoltre l'elettrone non dovrebbe girare in continuo intorno al nucleo poiché prima o poi dovrebbe esaurire la sua energia. Sotto lo schema di un atomo.

È per questo che per studiare queste particelle è stato creato un nuovo modello fisico; il principio base su cui si basa questo nuovo modello è il principio di indeterminazione, introdotto da Heisenberg nel 1925, che ci dice, in parole povere, che tanto è maggiore la precisione con cui si misura la velocità (e quindi la quantità di moto, ovvero l'energia) di un corpo atomico tanto maggiore è l'errore nel calcolo della sua posizione e viceversa. Per ovviare a questa incognita si ricorre al calcolo delle probabilità che l'elettrone si ritrovi in un certa regione di spazio, spazio che corrisponde ad un determinato campo energetico chiamato orbitale nel quale la probabilità di trovare l'elettrone è pari al 90%.
Gli elettroni possono assorbire una quantità di energia, per esempio a causa di un semplice aumento di temperatura, in grado di farli passare da uno stato di quiete relativo ad un determinato orbitale, ad uno stato eccitato, cioè in un altro orbitale più distante dal nucleo. Al termine del riscaldamento l'elettrone tornerà al suo stato fondamentale restituendo l'energia sotto forma di radiazioni.
Questi passaggi da stati eccitati a stati normali degli elettroni si chiamano salti quantici.