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电子云构成原子的外层，这意味着原子通过电子云相互作用。大体上原子无法觉知到埋在电子云中心的是什么——另一个原子“看”及“感受”到的是电子云本身，原子间的电子云的相互作用才对应着化学性质。正是玻尔原子模型较为全面地解释了电子云的特征，才使得化学纳入科学的范围。化学家们常常感到许多元素尽管质量不同但其化学性质却很相似。当化学元素依其质子灵敏程度排成表时，这种相似性呈规则的重复，例如一种情形的再现以8个原子数的排列为周期。这就构成了一个表，表中相似化学性质的元素都排在一起，就构成了元素周期表。
1922年6月，玻尔访问了德国的哥廷根大学，作了量子理论及原子结构的系列报告。当时，在马克斯·玻恩的领导下，哥廷根大学几乎是第三个发现量子力学的中心。马克斯·玻恩在1921年在那里任理论物理学教授。他生于1882年，是普鲁士布雷斯劳大学解剖学教授的儿子，20世纪初普朗克思想刚刚出现之时，他就成了一名出色的好学生。他刚开始学的是数学，在完成其博士论文后转而从事物理学研究工作（曾在卡文迪什实验室工作过一段时间）。正如我们将看到的那样，他早期打下了理想的训练基础。作为相对论专家，玻恩的工作总有很浓厚的数学味，这与玻尔的工作形成了鲜明的对比。玻尔的工作是补丁似的，形成于其不同寻常的洞察力与物理知觉，玻尔总是将数学上的细节留给别人。这两种天才对原子的新认识都至关重要。
玻尔在1922年6月份的演讲是战后德国物理学复苏的大事，也是量子理论史上的一件大事。来自德国各地的科学家们出席了会议，称为“玻尔节”（具有不太微妙的双关含义）。在这些报告中，通过仔细准备，玻尔首次成功地在理论上解释了元素的周期性，此理论直到现在还基本没变。玻尔的观点是将电子如何加到原子核中。无论原子数是几，第一个电子将占据对应氢原子基态的能级。接下来的一个电子将进入同一能态，给出了氦原子的电子云外形，它具有两个电子。但是玻尔说在原子的这层能级上已经不再有空位置了，下一个加入的电子将进入不同的能级。因此，核中有三个质子外面有3个电子的原子具有两个挤得离核较近的电子及另外一个电子；在化学性质上应与具有一个电子的原子类似。Z=3对应锂元素，它确实表现出与氢原子相似的化学性质。下一个与氢原子化学性质相类似的原子是钠Z=11，排在锂后的第8位。因此，玻尔说在两内层电子（芯电子）之外，必须有一套能级能提供8个可占据的位置，当这些位置被占据后，第十一个电子只得去填充受原子核约束不太紧的另外的能级，因此，又表现出与只有一个电子的原子核相同的外貌来。
这些能态被称为“壳层”，玻尔是这样成功地解释了元素周期表的，当Z增加时，电子相继填充在“壳层”中。你可将壳层想象为洋葱，一层套在另一层的外面；与化学性质有关的是原子最外层电子的数目，在原子与另外原子相互作用时，内层电子（芯电子）仅起次要的作用。
按照电子的“壳层”说法，并结合光谱学的结果，玻尔将元素周期表中元素的关系解释为原子结构的原因。他没想过为何一个壳层中有8个电子就是满的（“闲的”），但他却让听众都毫无疑问地相信他发现了基本真理。如后来海森伯所说，玻尔“并没有给出任何数学证据……他只是知道这多少是一种联系”。爱因斯坦1949年在他的自传中将玻尔工作成绩归为量子理论，“这些不严谨又自相矛盾的基础却足以使像玻尔这样具有奇特天赋与技巧的人发现谱线，原子的电子壳层的主要规律及有意义的化学现象，对我来说，这像个奇迹——至今我仍以为是个奇迹”。
化学牵扯到原子如何作用以构成分子。为何碳与氢的结合是四个氢原子一个碳原子而构成甲烷？为什么氢原子是以分子形式存在的？每两个原子组成一个氢分子而氦原子却不构成分子？等等。在壳层模型中答案来得出乎意料地简单。每个氢原子有一个电子，而每个氦原子却有两个电子。如果有两个电子，“最内壳层”就是满的，而填满壳层的原子更稳定（由于一种未知的原因）——原子更“愿意”填满壳层。当两个氢原子结合形成分子时，他们共用两个电子，就像两个原子都觉得填满了壳层一般。而氦原子本身已具有满的壳层，对这种设计不感兴趣不愿参与任何化学反应。
碳原子核内有6个质子，核外有6个电子。两个电子占据内壳层，余下4个电子排在外壳层中，因此外壳层是半满的。4个氢原子每一个都与碳的一个外层电子共享，以供自己电子壳层填充之需。每个氢原子最后都形成两个电子的准闭壳层，而每个碳原子也具有8个电子填充的第二个准闭壳层结构。
玻尔说，原子合成时，原子离得很近以形成外面的闭壳层。有时，像氢分子最好认为一对电子被两个原子共用；别的情况更合适的图像是外壳层具有多余电子的原子（如钠原子），将电子送给外层有7个电子和一个空位置的原子（如氯原子）。每个原子都皆大欢喜——钠，通过丢失一个电子，余下一个更深层的全满的“露在外面”的壳层；氯原子，由于获得了一个电子，将其最外层填满。可总的结果是钠原子通过丢失一个负电荷的电子成为一个带正电的离子，而氯原子获得一个电子成为阴离子，由于正负电荷的相互吸引，形成电中性的氯化钠分子，此即食盐。
所有的化学反应均可作如是解释，以达到外层闭壳层为原则，原子之间共用电子或传递电子。与外层电子有关的能级跃迁形成了一种元素的谱线指纹，与深层壳层有关的能量转换（因这一能量要高一些，是谱线中的X射线成分）对所有的元素都是相同的，这确实也被证实了。如最好的理论一样，玻尔的模型被其成功的预言所证实。
将元素排成周期表后，在1922年发表的表中存在一些间断，对应未被发现的元素，其原子序数分别为43，61，72，75，85或87。玻尔的理论模型预言了这些“丢失”的元素的细致性质，比如说72号元素应与锌有相似的性质，这种预言与另一种基于原子交替模型所作出的预言是相反的。当铪元素发现时，发现其谱性质恰如玻尔所预言的那样。
这是旧量子理论的最高成就。3年之后，这些就被扫得荡然无存，虽然就物质的化学性质而言，你不用比这种想象多多少就可以解释：原子核外有很小的粒子——电子，它们绕核转动，更倾向于充满壳层（或排空，总之不愿处于中间态）
，如果你对气体的物理感兴趣，你仅需将其看作硬的不可打碎的弹球就可以了。19世纪的物理可用到日常生活中；1923年的物理可解决大部分化学问题；20世纪30年代的物理将我们带入至今不知所以的终极真理探索过程中。与量子革命相比，这50年来物理学还没有什么特别大的突破，这段时间内，其他学科以少数天才的见识在追赶。20世纪80年代初，巴黎的艾斯派克特实验的成功结束了这种追赶，实验直接证明了量子力学中最奇特的方面是这个真实世界的文字描述。现在正是寻求量子真实性的世界到底如何神奇的时候了。