W atomie ujemnie naładowane elektrony są przyciągane do dodatnio naładowanego jądra. W atomie wieloelektronowym obserwuje się również odpychanie elektron-elektron. Siły przyciągania i odpychania są zależne od odległości między cząstkami, a także od znaku i wielkości ładunków na poszczególnych cząstkach. Kiedy ładunki na cząstkach są przeciwne, przyciągają się nawzajem. Jeśli obie cząstki mają ten sam ładunek, odpychają się nawzajem.

Wraz ze wzrostem wielkości ładunków zwiększa się wielkość siły. Jednak gdy separacja ładunków jest większa, siły maleją. Zatem siła przyciągania między elektronem a jego jądrem jest wprost proporcjonalna do odległości między nimi. Jeśli elektron znajduje się bliżej jądra, jest ściślej związany z jądrem; Dlatego elektrony w różnych powłokach (w różnych odległościach) mają różne energie.

W przypadku atomów o wielu poziomach energetycznych elektrony wewnętrzne częściowo osłaniają elektrony zewnętrzne przed przyciąganiem jądra, z powodu odpychania elektronów-elektronów. Elektrony rdzeniowe osłaniają elektrony w powłokach zewnętrznych, podczas gdy elektrony w tej samej powłoce walencyjnej nie blokują tak skutecznie przyciągania jądrowego, którego doświadczają nawzajem. Można to wyjaśnić pojęciem efektywnego ładunku jądrowego, Z_eff. Jest to przyciąganie wywierane na określony elektron przez jądro, z uwzględnieniem wszelkich odpychania elektron-elektron. W przypadku wodoru jest tylko jeden elektron, a więc ładunek jądrowy (Z) i efektywny ładunek jądrowy (Z_eff) są równe. W przypadku wszystkich innych atomów elektrony wewnętrzne częściowo osłaniają elektrony zewnętrzne przed przyciąganiem jądra, a zatem:

Penetracja orbitalna opisuje zdolność elektronu do zbliżenia się do jądra. Elektrony na orbicie s mogą zbliżyć się do jądra i mieć większą zdolność penetracji. Gęstość prawdopodobieństwa dla sferycznego orbitalu s jest niezerowa w jądrze. Różne podpowłoki mają różne orientacje przestrzenne. Ze względu na orbital w kształcie hantli elektron p penetruje znacznie mniej. Jego funkcja falowa ma węzeł przechodzący przez jądro, w którym prawdopodobieństwo znalezienia elektronu wynosi zero. Tak więc elektron na orbicie s jest ściślej związany z jądrem i ma niższą energię niż elektron p. Elektron d ma jeszcze niższą penetrację i wyższą energię niż elektron orbitalny p.
Dla różnych powłok i podpowłok trend siły penetracji elektronu można przedstawić w następujący sposób