주기율표를 처음 만든 멘델레예프는 성질이 비슷한 원소를 같은 세로줄에 놓았습니다. 왜 그렇게 되는지는 몰랐습니다. 답은 60년 뒤 양자역학이 내놓았습니다 — 가장 바깥 전자의 배치가 같으면 화학적 성질이 같기 때문입니다.
전자는 에너지가 낮은 자리부터 차례로 채워집니다(쌓음 원리). 자리는 껍질(주양자수 \(n\))과 모양(s, p, d, f)으로 나뉘고, 파울리 원리에 따라 한 오비탈에 두 개씩 들어갑니다. s는 1개 오비탈이라 2개, p는 3개라 6개, d는 5개라 10개, f는 7개라 14개를 받습니다.
이 숫자가 곧 주기율표의 가로 폭입니다. 첫 줄이 2칸(H, He)인 것은 1s에 2개만 들어가기 때문이고, 둘째·셋째 줄이 8칸인 것은 2s(2) + 2p(6) = 8이기 때문이며, 넷째 줄부터 18칸으로 넓어지는 것은 3d(10)가 끼어들기 때문입니다. 아래쪽에 따로 떼어 놓은 란타넘·악티늄족 14칸은 f 오비탈(14)입니다. 주기율표의 모양 전체가 오비탈 수용 인원의 그림입니다.
세로줄이 비슷한 성질을 갖는 까닭도 분명해집니다. 리튬·나트륨·칼륨은 모두 «가장 바깥 껍질에 s 전자 하나»입니다. 그 전자 하나를 쉽게 내주므로 모두 반응성이 큰 금속이 됩니다. 반대로 헬륨·네온·아르곤은 바깥 껍질이 꽉 차 있어 더 받을 자리도, 내줄 이유도 없습니다 — 그래서 반응하지 않는 비활성 기체입니다.
채우는 순서가 언제나 \(n\) 순서는 아닙니다. 4s가 3d보다 먼저 채워지는 것이 대표적입니다. 에너지 준위가 껍질 번호만으로 정해지지 않고 오비탈 모양에 따라 엇갈리기 때문인데, 이 엇갈림 때문에 전이금속이라는 구역이 생깁니다.