Elektronlar, bir atomun pozitif yüklü çekirdeğinin etrafındaki yörüngeye çekilen negatif yüklü atom altı parçacıklardır. Onlar kabuk denilen enerji düzeyleri ile ilişkili lokasyonlarda bulunurlar ve ayrıca her bir kabuk içindeki alt kabuklarda ve orbitallerde organize olurlar.
Elektronlar çekirdeğin dışındaki belirli lokasyonlarda bulunur. Bir elektronun bulunduğu kabuk, elektronun genel enerji seviyesini gösterir: çekirdeğe yakın olanlar daha az enerjiye sahipken, daha uzak olanlar daha fazla enerjiye sahiptir. Alt kabuk, elektronun lokasyonunu ve enerji düzeyini daha kesin bir şekilde tanımlar, orbital ise bir elektronun çekirdeğinin yörüngesinde döndüğü bir olasılık alanının şeklini tanımlar. Çekirdeğe en yakın olan elektronlar en düşük enerjiye sahiptir ve elektron ile çekirdek arasındaki mesafe arttıkça, elektronun taşınması için enerji miktarı da artar. Çekirdekten daha da uzaklaştıkça, orbitalde elektronlar için daha fazla boş yer bulunur, böylece dış kabuklar iç kabuklardan daha fazla elektron tutabilir. Bir atomun en dıştaki elektronları valans kabuğunda yer almaktadır ve valans elektronları olarak adlandırılırlar. Bu elektronlar, diğer atomlarla iyonik ve kovalent bağları oluştururlar.
Elektron keşfedilen ilk atom altı parçacıktı. 1890’ların sonlarında J. J. Thomson elektronun keşfine yol açacak katot ışını tüplerini kullanarak bir dizi deney yaptı.
Katot ışın tüpü, elektrik sağlayan bir güç kaynağına bağlı iki elektrotlu cam bir tüptür. Bir vakum tüpün içinden havanın çoğunu çeker ve elektrotlar arasına voltaj uygulandığında, bir demet parçacık negatif yüklü elektrottan (katot) pozitif yüklü elektrota (anot) doğru seyahat eder. Anot, ışınların geçebileceği kadar küçük bir deliğe sahiptir. Tüpün diğer ucundaki fosfor bir kaplama, katot ışınları çarptığında parlar.
Thomson, biri pozitif yüklü, diğeri negatif yüklü iki metal plaka arasına katot ışınını yöneltti, ve tüpün uzak ucundaki ışının konumunu ölçtü. Işın iki plaka arasından geçtiğinde, negatif yüklü plakadan uzaklaşırken pozitif yüklü plaka yönüne doğru eğildi. Benzer yükler birbirini ittiğinden ve zıt yükler birbirlerini çektiğinden, bu, katot ışınını oluşturan parçacıkların negatif bir yüke sahip olduğunu gösterdi. Katot parçacıklarının kütle—yük oranını hesaplamak için yapılan diğer deneyler, her bir bireysel negatif yüklü parçacığın kütlesinin, bilinen herhangi bir atomun kütlesinin yaklaşık 1/2000’i kadar küçük olduğunu ortaya çıkardı. Bu nedenle Thomson, herhangi bir atomda birçok elektron bulunması gerektiği sonucuna vardı. Daha sonra, protonların ve nötronların keşfi, bir atomda bulunan kütle ve ortalama nötr yükün dağılımını açıklayacaktı.
