1803年英國化學家、物理學家，約翰·道爾頓提出了原子的概念，並且認為原子是一個實心的球體。
道爾頓原子模型
在1897約瑟夫·約翰·湯姆遜年發現了電子，並且在1904年，否定了道爾頓的模型，認為原子是一個帶正電荷的球，電子鑲嵌在裡面，原子好似一塊“葡萄乾布丁”，故名“棗糕型”或“葡萄乾蛋糕模型”。
湯姆遜原子模型
1906年湯姆遜的學生，英國科學家歐內斯特.盧瑟福，做了著名的 α粒子散射實驗，通過實驗推斷出原子的大部分體積是空的，電子隨意地圍繞著一個，帶正電荷的很小的原子核運轉，就像行星圍繞著太陽 。否認了葡萄乾麵包式模型的正確性。1911年盧瑟福提出行星模型。
盧瑟福行星模型
1913年，尼爾斯·玻爾(Niels Bohr，1885-1962)，在盧瑟福模型的基礎上，他提出了電子在核外的量子化軌道，解決了原子結構的穩定性問題，描繪出了完整而令人信服的原子結構學說。玻爾在行星模型的基礎上提出了核外電子分層排布的原子結構模型。
玻爾的原子模型
玻爾的原子理論給出這樣的原子圖像：電子不是隨意佔據在原子核的周圍，而是在固定的層面上，電子在一些特定的可能軌道上繞核作圓周運動，離核愈遠能量愈高；可能的軌道由電子的角動量，必須是 h/2π的整數倍決定；當電子在這些可能的軌道上運動時原子不發射也不吸收能量，只有當電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時原子才發射或吸收能量，而且發射或吸收的輻射是單頻的，輻射的頻率和能量之間關係由 E=hν給出。玻爾的理論成功地說明了原子的穩定性和氫原子光譜線規律。
電子雲
1926年，奧地利物理學家埃爾溫·薛定諤（1887年8月—1961年1月）在路易·維克多·德布羅意（1892.08—1987.03）波長關係式的基礎上，對電子的運動做了適當的數學處理，提出了二階偏微分的的著名的薛定諤方程式。這個方程式的解的模的平方，如果用三維座標以圖形表示的話，就是電子雲。現代模型（電子雲模型） 電子繞核運動形成一個帶負電荷的雲團。
電子結構雲圖
在對電子運動的研究中，馬克斯·玻恩（1882年12月—1970年1月）用一個波函數Ψ（x，y，z）表徵電子的運動狀態，並且用它的模的平方|Ψ|2值表示單位體積內電子在核外空間某處出現的幾率，即幾率密度，所以電子雲實際上就是|Ψ|2在空間的分佈。
波函數座標系
現在我們知道，核外電子的運動與宏觀物體運動不同，沒有確定的方向和軌跡，只能用電子雲描述它在原子核外空間某處出現機會（幾率）的大小，電子雲是物理和化學中的一個概念，就是用統計的方法對核外電子空間分佈的形象描繪，它區別在於行星軌道式模型。
在量子顯微鏡下的氫原子
電子有波粒二象性，對於具有波粒二象性的微觀粒子，在一個確定時刻其空間座標與動量不能同時測準，這是德國物理學家海森堡在1926年提出的著名的不確定性原理。它不像宏觀物體的運動那樣有確定的軌道，因此畫不出它的運動軌跡。不能預言它在某一時刻究竟出現在核外空間的哪個地方，只能知道它在某處出現的機會有多少。
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