Le funzioni d'onda degli elettroni e dei protoni in un atomo di idrogeno sono tali che la probabilità di trovare un elettrone nella stessa posizione di un protone è molto piccola. Questo perché le funzioni d'onda degli elettroni e dei protoni hanno forme diverse e sono anche separate da una regione dello spazio nota come "raggio di Bohr". Il raggio di Bohr è la distanza media tra l'elettrone e il protone in un atomo di idrogeno.
Le leggi della meccanica quantistica impediscono inoltre all’elettrone di entrare a spirale nel protone. Questo perché l'elettrone ha una certa quantità di momento angolare, che è una misura della sua rotazione. Il momento angolare dell'elettrone lo mantiene in orbita attorno al protone.
Nella fisica classica, un elettrone si avvolgerebbe a spirale nel protone perché perderebbe costantemente energia a causa della radiazione elettromagnetica. Tuttavia, nella meccanica quantistica, l’elettrone può perdere energia solo in quantità discrete, note come quanti. La quantità di energia che l'elettrone può perdere è determinata dalla differenza tra i livelli di energia delle orbite dell'elettrone. I livelli energetici delle orbite degli elettroni sono quantizzati, il che significa che possono assumere solo determinati valori.
Il livello energetico più basso dell'elettrone in un atomo di idrogeno è noto come "stato fondamentale". L'elettrone non può perdere energia ed entrare a spirale nel protone a meno che non abbia energia sufficiente per raggiungere il livello energetico successivo, noto come "stato eccitato". L'energia necessaria per eccitare l'elettrone al livello energetico successivo è maggiore dell'energia che l'elettrone può perdere attraverso la radiazione elettromagnetica. Questo è il motivo per cui l'elettrone non entra a spirale nel protone.
