1916 年，美国物理化学家吉尔伯特·路易士成功地解释了原子与原子之间的相互作用。他建议两个原子之间一对共用的电子形成了共价键。于 1923 年，沃尔特·海特勒Walter Heitler。和弗里茨·伦敦Fritz London。应用量子力学的理论，完整地解释清楚电子对产生和化学键形成的原因。于 1919 年，欧文·朗缪尔将路易士的立方原子模型cubical atom。加以发挥，建议所有电子都分布于一层层同心的（接近同心的）、等厚度的球形壳。他又将这些球形壳分为几个部分，每一个部分都含有一对电子。使用这模型，他能够解释周期表内每一个元素的周期性化学性质。