按照目前的原子结构模型，电子作为一种微观粒子，没有确定的方向和轨迹，只能用电子云描述它在原子核外空间某处出现机会（几率）的大小。电子云是用统计方法对核外电子空间分布的形象描绘，对应不同轨道的电子云形状不同，意味着电子在空间不同地方出现的概率有差异。
科学家对元素周期表的修正
1869年，门捷列夫根据原子量递增排序，制作出第一张元素周期表。随着人们对亚原子结构的进一步认识，元素周期表的排布依据发生了变化。
①电子的发现
1897年，英国物理学家汤姆逊通过实验证明，阴极射线在电场或磁场作用下可以发生偏转，偏转方式与带负电的粒子相同，这表明阴极射线其实是一种带负电的粒子流，汤姆逊将其命名为电子，指出它是原子的组成部分，原子可以再分；并据此提出原子结构的“葡萄干蛋糕”模型。
②原子核的发现
1909年，英国物理学家的卢瑟福在指导学生用α粒子（后来证明是氦原子核）轰击金箔时发现，绝大部分α粒子直接穿过金箔，也有极少数以很大角度反弹回来，这表明金原子内部绝大部分是空旷的，只有中央是一个非常坚实的核心。卢瑟福因此推翻了他的老师汤姆逊的模型，提出原子的“行星”模型。由于整个原子为电中性，所以原子核应携带和核外电子等量的正电荷，这个正电荷的数量就是“核电荷数”。
③质子的发现
1919年，卢瑟福用高能α粒子轰击氮原子，发现氢原子核（即质子）被打出，使氮嬗变成氧。此后，多种元素都出现类似的实验情况。卢瑟福将打出的氢原子核命名为“质子”，质子是原子核的重要组成部分。
④中子的发现
卢瑟福发现质子后，英国物理学家莫塞莱发现，原子内质子质量的总和要小于原子核的质量，卢瑟福据此在1920年预言原子核内还有一种电中性的粒子存在。1928年，德国物理学家波特及其学生贝克尔用α粒子轰击铍原子，发现一种电中性射线，并认为是γ射线。法国的约里奥·居里夫妇也做了类似实验并得出相同结论。1932年，卢瑟福的学生查德威克经过实验和计算，指出这种电中性射线不是γ射线，而是中子。德国物理学家海森堡随即提出，原子核是由质子和中子组成的。
⑤周期表排列依据的修正
1913年，莫塞莱通过试验总结，提出以原子序数作为元素周期表新的排列依据。同年，荷兰物理学家范登布洛夫提出，原子序数其实就是原子的核电荷数。由于当时人们还不知道原子核的组成，所以对原子序数和核电荷数的论述都来源于经验总结。
直到质子、中子被发现后，比原子核更微观的物质结构逐渐呈现在人们面前，人们才明白，原子序数=核电荷数=原子核内的质子数=核外电子数，而正是核外电子的周期排布决定了元素的化学性质。
与此同时，人们对电子与原子核位置关系的认识也不断深入。早在卢瑟福发现原子核之初，就用“行星模型”描述电子与原子核的关系。1912年，丹麦国物理学家玻尔通过计算，在卢瑟福原子模型基础上，提出了电子在核外的量子化轨道。1927年，海森堡发表不确定原理，这与玻尔的确定电子轨道不兼容，从而推翻了玻尔模型。
现代模型采用统计方法对核外电子空间分布进行形象地描绘。根据奥地利物理学家薛定谔的理论，人们以电子在不同位置出现的概率来描述电子的存在方式，电子不再具有确定位置，而被描述成“电子云”。
