Penjelasan tentang struktur atom yang lebih  lengkap diperlukan untuk mengetahui struktur yang lebih detil tentang  elektron di dalam atom. Model atom yang lengkap harus dapat menerangkan  misteri efek Zeeman dan sesuai untuk atom berelektron banyak. Dua gejala  ini tidak dapat diterangkan oleh model atom Bohr.
Efek Zeeman
Spektrum garis atomik teramati saat arus listrik  dialirkan melalui gas di dalam sebuah tabung lecutan gas. Garis-garis  tambahan dalam spektrum emisi teramati jika atom-atom tereksitasi  diletakkan di dalam medan magnet luar. Satu garis di dalam spektrum  garis emisi terlihat sebagai tiga garis (dengan dua garis tambahan) di  dalam spektrum apabila atom diletakkan di dalam medan magnet.  Terpecahnya satu garis menjadi beberapa garis di dalam medan magnet  dikenal sebagai efek Zeeman.

pemisahan garis spektrum atomik di dalam medan magnet
Model Atom Mekanika Kuantum
Sebelumnya kita sudah membahas tentang dualisme  gelombang-partikel yang menyatakan bahwa sebuah objek dapat berperilaku  baik sebagai gelombang maupun partikel. dalam skala atomik, elektron  dapat kita tinjau sebagai gejala gelombang yang tidak memiliki posisi  tertentu di dalam ruang. Posisi sebuah elektron diwakili oleh  kebolehjadian atau peluang terbesar ditemukannya elektron di dalam  ruang.
Demi mendapatkan penjelasan yang lengkap dan umum  dari struktur atom, prinsip dualisme gelombang-partikel digunakan. Di  sini gerak elektron digambarkan sebagai sebuah gejala gelombang.  Persamaan dinamika Newton yang sedianya digunakan untuk menjelaskan  gerak elektron digantikan oleh persamaan Schrodinger yang menyatakan  fungsi gelombang untuk elektron. Model atom yang didasarkan pada prinsip  ini disebut model atom mekanika kuantum.

posisi dan keberadaan elektron di dalam atom dinyatakan sebagai peluang terbesar elektron di dalam atom
Bilangan Kuantum Utama
Dalam model atom Bohr, elektron dikatakan berada di  dalam lintasan stasioner dengan tingkat energi tertentu. Tingkat energi  ini berkaitan dengan bilangan kuantum utama dari elektron. Bilangan  kuantum utama dinyatakan dengan lambang n sebagaimana tingkat energi elektron pada lintasan atau kulit ke-n. untuk atom hidrogen, sebagaimana dalam model atom Bohr, elektron pada kulit ke-n memiliki energi sebesar
 Adapun untuk atom berelektron banyak (terdiri atas lebih dari satu elektron), energi elektron pada kulit ke-n adalah
Adapun untuk atom berelektron banyak (terdiri atas lebih dari satu elektron), energi elektron pada kulit ke-n adalah  Dimana Z adalah nomor atom. Nilai-nilai bilangan kuantum utama n adalah bilangan bulat mulai dari 1.
Dimana Z adalah nomor atom. Nilai-nilai bilangan kuantum utama n adalah bilangan bulat mulai dari 1.n = 1, 2, 3, 4, ….
Bisa dikatakan bahwa bilangan kuantum utama  berkaitan dengan kulit elektron di dalam atom. Bilangan kuantum utama  membatasi jumlah elektron yang dapat menempati satu lintasan atau kulit  berdasarkan persamaan berikut.
Jumlah maksimum elektron pada kulit ke-n adalah 2n2
Bilangan Kuantum Orbital
Elektron yang bergerak mengelilingi inti atom  memiliki momentum sudut. Efek Zeeman yang teramati ketika atom berada di  dalam medan magnet berkaitan dengan orientasi atau arah momentum sudut  dari gerak elektron mengelilingi inti atom. Terpecahnya garis spektum  atomik menandakan orientasi momentum sudut elektron yang berbeda ketika  elektron berada di dalam medan magnet.
 Tiap  orientasi momentum sudut elektron memiliki tingkat energi yang berbeda.  Meskipun kecil perbedaan tingkat energi akan teramati apabila atom  berada di dalam medan magnet. Momentum sudut elektron dapat dinyatakan  sebagai
Tiap  orientasi momentum sudut elektron memiliki tingkat energi yang berbeda.  Meskipun kecil perbedaan tingkat energi akan teramati apabila atom  berada di dalam medan magnet. Momentum sudut elektron dapat dinyatakan  sebagai Dimana
Dimana Bilangan l disebut bilangan kuantum orbital. Jadi, bilangan kuantum orbital l menentukan besar momentum sudut elektron. Nilai bilangan kuantum orbital l adalah
Bilangan l disebut bilangan kuantum orbital. Jadi, bilangan kuantum orbital l menentukan besar momentum sudut elektron. Nilai bilangan kuantum orbital l adalahl = 0, 1, 2, 3, … (n – 1)
misalnya, untuk n = 2, nilai l yang diperbolehkan adalah l = 0 dan l = 1.
Bilangan Kuantum Magnetik
Momentum sudut elektron L merupakan sebuah vektor. Jika vektor momentum sudut L  diproyeksikan ke arah sumbu yang tegak atau sumbu-z secara tiga dimensi  akan didapatkan besar komponen momentum sudut arah sumbu-z dinyatakan  sebagai Lz. bilangan bulat yang berkaitan dengan besar Lz adalah m. bilangan ini disebut bilangan kuantum magnetik. Karena besar Lz bergantung pada besar momentum sudut elektron L, maka nilai m juga berkaitan dengan nilai l.
m = −l, … , 0, … , +l
misalnya, untuk nilai l = 1, nilai m yang diperbolehkan adalah −1, 0, +1.
Gambar
Bilangan Kuantum Spin
Bilangan kuantum spin diperlukan untuk menjelaskan  efek Zeeman anomali. Anomali ini berupa terpecahnya garis spektrum  menjadi lebih banyak garis dibanding yang diperkirakan. Jika efek Zeeman  disebabkan oleh adanya medan magnet eksternal, maka efek Zeeman anomali  disebabkan oleh rotasi dari elektron pada porosnya. Rotasi atau spin  elektron menghasilkan momentum sudut intrinsik elektron. Momentum sudut  spin juga mempunyai dua orientasi yang berbeda, yaitu spin atas dan spin  bawah. Tiap orientasi spin elektron memiliki energi yang berbeda tipis  sehingga terlihat sebagai garis spektrum yang terpisah.

garis spektra atom yang terpisah di dalam medan magnet berasal dari spin elektron
Sz = msћ
Dimana

Spin ke atas dinyatakan dengan

Spin ke bawah dinyatakan dengan

Atom Berelektron Banyak
Model atom mekanika kuantum dapat digunakan untuk  menggambarkan struktur atom untuk atom berelektron banyak. Posisi atau  keadaan elektron di dalam atom dapat dinyatakan menggunakan seperangkat  (empat) bilangan kuantum. Misalnya, elektron dengan bilangan kuantum n = 2, l = 1, m = −1 dan ms = −½ menyatakan sebuah elektron pada kulit L, subkulit p, orbital −1 dengan arah spin ke bawah.
 
