Les fonctions d’onde des électrons et des protons dans un atome d’hydrogène sont telles que la probabilité de trouver un électron au même endroit qu’un proton est très faible. En effet, les fonctions d'onde des électrons et des protons ont des formes différentes et sont également séparées par une région de l'espace connue sous le nom de « rayon de Bohr ». Le rayon de Bohr est la distance moyenne entre l'électron et le proton dans un atome d'hydrogène.
Les lois de la mécanique quantique empêchent également l’électron de se transformer en proton. En effet, l’électron a un certain moment cinétique, qui est une mesure de sa rotation. Le moment cinétique de l’électron le maintient en orbite autour du proton.
En physique classique, un électron entrerait en spirale dans le proton car il perdrait constamment de l’énergie à cause du rayonnement électromagnétique. Cependant, en mécanique quantique, l’électron ne peut perdre de l’énergie qu’en quantités discrètes, appelées quanta. La quantité d'énergie que l'électron peut perdre est déterminée par la différence entre les niveaux d'énergie des orbites de l'électron. Les niveaux d'énergie des orbites des électrons sont quantifiés, ce qui signifie qu'ils ne peuvent avoir que certaines valeurs.
Le niveau d’énergie le plus bas de l’électron dans un atome d’hydrogène est appelé « état fondamental ». L’électron ne peut pas perdre d’énergie et se transformer en spirale dans le proton à moins qu’il n’ait suffisamment d’énergie pour atteindre le niveau d’énergie suivant, appelé « état excité ». L’énergie nécessaire pour exciter l’électron jusqu’au niveau d’énergie suivant est supérieure à l’énergie que l’électron peut perdre par rayonnement électromagnétique. C’est pourquoi l’électron ne tourne pas en spirale vers le proton.
