Física atômica ^{(português brasileiro)} ou física atómica ^{(português europeu)} é o ramo da física que estuda as camadas eletrônicas dos átomos, um conjunto de orbitais em um átomo, no qual há uma maior possibilidade de se encontrar os elétrons.

O volume de um átomo é determinado pelos elétrons. Como alguns desses átomos são mais facilmente removíveis que outros, isso nos leva a concluir que alguns elétrons estão mais próximos do núcleo do que outros.

A medida que se aproxima do núcleo, a energia potencial do elétron, devido a atração pelo núcleo, diminui, enquanto sua velocidade e, consequentemente, sua energia cinética aumentam (tal como a velocidade de um satélite aumenta, ao se aproximar da Terra). De um modo geral, a energia total do elétron aumenta à medida que o elétron se afasta do núcleo.

Mediante estudos de espectroscopia, o cientistas puderam determinar quantos níveis de energia existem nos átomos. De fato, quando um elétron adquire energia, ele se move de um nível de energia para outro, mais afastado do núcleo (nível de maior conteúdo de energia). Perdendo essa energia adquirida, o elétron a devolve em forma de radiação luminosa, cuja frequência pode ser perfeitamente determinada, pois a cor da radiação depende da frequência.

Nos átomos dos elementos químicos conhecidos, podem ocorrer sete níveis de energia (contendo elétrons) representados, respectivamente, a partir do núcleo, pelas letras K, L, M, N, O, P, Q ou pelos números 1, 2, 3, 4, 5 , 6, 7. Estes números são chamados de números quânticos principais, e representam de forma aproximada a distância do elétron ao núcleo, assim como a energia do elétron.