电子（表文名：electron）是一种带有负电的亚原子粒子，常用符号e吐露，1897年由英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆生正在商酌阴极射线时觉察。

　　电子是电量的最幼单位。[1]它可能是自正在的(不属于任何原子)，也可能被原子核管理。电子拥有粒子性和动摇性，即波粒二象性。

　　约莫2500年前，古希腊形而上学家泰勒斯依然觉察用丝绸或法兰绒摩擦琥珀（古希腊语：ήλεκτρον ，ēlektron）能吸引轻幼物体。“electric（电）”这个词即是出处于希腊语中的“ελεκτρον（琥珀）”。

　　东汉时间（约公元一世纪），王充所著册本《论衡》中相闭于静电的记录：“顿牟掇芥”。顿牟即是琥珀，当琥珀经摩擦后，即能吸引像草芥一类的轻幼物体。西元三世纪，晋朝张华的《博物志》中也有记录：“今人梳头，解着衣，有随梳解结，有光者，亦有吒声”。这里记录头发因摩擦起电发出的闪光和劈啪之声。

　　查尔斯·笃费成见，大天然有两种区其它“电流体”（electric fluid），它们分离为玻璃电（正电）与树脂电（负电），摩擦的举措可能将它们散开， 归并后会互相中和对方。这表面称为“双流体表面”。稍后，美国科学家埃柏奈泽·肯纳斯理也独立取得沟通的结论。

　　美国人本杰明·富兰克林认识到闪电与摩擦起电涉及到沟通的天然因素——其后称之为电，而且做纸鸢实行表明这一观念。犹如阿谁时间的大大批科学家，富兰克林以为，电效应是一种充满于总共物体内部的微妙流体所形成的效用。假设经历某种秩序，促使物体取得更多这种流体，则称此物体带正电；假设经历另一种秩序，促使物体遗失这种流体，则称此物体带负电。若这两个物体互毗邻触到对方，流经验从带正电物体流往带负电物体。流体的这种从头漫衍规章了电流宗旨（与其后观测到的电子活动宗旨正好相反）。这是一种“单流体表面”。

　　正在1838年至1851年时期，英国大夫理查·莱敏创议，原子是由重点物质与以齐心圆样式围困正在地方的带有单元电荷的次原子粒子所构成；精简地说，他猜思大天然存正在带有单元电荷的次原子粒子。正在1846年，德国物理学者威廉·韦伯发起，原子的组织形似行星编造，许多带正电的次原子粒子盘绕着一个带负电的重点物质动弹，次原子粒子的质地极度眇幼，重点物质的质地极度大。1874年，爱尔兰物理学者乔治·斯桐尼发起，正在电解气象里，大天然揭示了电的凿凿简单数目，这数目与电所效用的物体的品种无闭。

　　他又于1891年创议，将这些根基电量（根基电荷）定名为“electron ”（电子），他还考试应用法拉第电解定律来估算其数值。斯桐尼的电子好久管理正在原子内部，无法被移除，每一个原子的化学键都邑伴跟着电子。这些电子的发抖变成边缘以太的电磁应力。1881年，德国物理学者赫尔曼·冯·亥姆霍兹夸大，从法拉第电解定律的结果可能总结，岂论是正电或是负电，它们都可被割裂为凿凿的根基单元，其物理性拥有粒子性子。

　　德国物理学者尤利乌斯·普吕克商酌盖斯勒管内的稀疏气体里的放电气象。他正在1858年觉察电子，假设应用白金为阴极的资料，则会有幼粒子从阴极剥离。他猜思，剥离的白金粒子因白炽而发出辉光。他还观测到，正在放电时，正在阴极相近的玻璃管壁会闪现磷光，其地位会跟着磁场而更动。普吕克的学生约翰·希托夫于1869年进一步觉察，假设正在阴极与磷光之间置入一个物体，则辉光会被局限正在阴极与物体之间，玻璃管壁会由于物体的遮挡而正在磷光曲面内闪现一块暗影，这意味着辉光不会转弯，只会以直线年，德国物理学者欧根·戈尔德斯坦将希托夫的实行加以扩展，他应用面积较大的阴极，而不是希托夫的点阴极，他觉察，辉光的辉煌并不是朝着总共宗旨发射，而是朝着笔直于表观的宗旨发射。他将辉光的辉煌定名为阴极射线。阴极射线的发射式样与坎德拉区别，这是一个很大的区别，但希托夫与戈尔德斯坦照旧以为，阴极射线是某种传扬于以太的电磁波。纵然云云，他们的商酌收获已为另日闭于阴极射线本色的讨论撒下了种子。

　　英国人威廉·克鲁克斯正在1878年诈骗一种水银真空泵，创筑出了气体含量仅为盖斯勒管1/75000的真空管，被称作克鲁克斯管。克鲁克斯留神到，当渐渐抽出克鲁克斯管内的气体时，阴极相近首先闪现昏黑区域，跟着真空度的增添，这昏黑区域也会扩张。克鲁克斯创议，这昏黑区域的宽度与阴极粒子的均匀自正在程相闭；昏黑区域与辉光区域的界面，即为粒子与气体分子互相碰撞的肇始面；正在昏黑区域内，没有什么碰撞；而正在辉光区域，产生了许多碰撞事务；正在管面的萤光，则是由于粒子与管面产生碰撞。

　　克鲁克斯等英国物理学家以为阴极射线并不是射线，而是一种带电粒子。这观念遭到了以海因里希·赫兹为首的德国物理学家的阻难。赫兹的学生德国物理学家菲利普·莱纳德正在1889年举办了一个实行：他正在阳极安置了薄铝箔窗，如许就能把阴极射线导出到气氛中。赫兹提出，阴极射线可以穿过薄金属箔，以是它不行够是粒子。同时，赫兹还正在真空管的两侧施加了电场，结果觉察并没有旁观到预期的偏转，这尤其果断了他的信仰。

　　1895年，让·佩兰觉察阴极射线可以使真空管中的金属物体带上负电荷，扶帮了克鲁克斯的表面。1897年，剑桥大学卡文迪许实行室的约瑟夫·汤姆孙重做了赫兹的实行。应用真空度更高的真空管和更强的电场，他旁观出阴极射线的偏转，并推算出了阴极射线粒子（电子）的荷质比，以是取得了1906年的诺贝尔物理学奖。汤姆孙采用1891年乔治·斯托尼所起的名字——电子来称谓这种粒子。至此，电子行感人类觉察的第一个亚原子粒子和掀开原子寰宇的大门被汤姆孙觉察了。

　　于1896年，正在商酌自然发萤光矿石的时分，法国物理学家亨利·贝克勒尔觉察，不需求施加表能源，这些矿石就会天然地发射辐射。这些放射性物质惹起很多科学家的风趣，包罗觉察这些放射性物质会发射粒子的新西兰物理学家欧内斯特·卢瑟福。遵从这些粒子穿透物质的才略，卢瑟福替这些粒子分离取名为阿尔法粒子和贝塔粒子（“阿尔法”是希腊字母的第一个字母“α”，“贝塔”是第二个字母“β”）。于1900年，贝克勒尔觉察，镭元素发射出的贝塔射线，会被电场偏转；另有，贝塔射线和阴极射线都有同样的荷质比。这些证据使得物理学家更剧烈地以为电子本是原子的一片面，贝塔射线年，美国物理学家罗伯特·密立根做了一个出名实行，称为油滴实行，可能确切地衡量出电子的带电量。正在这实行里，他应用电场的库仑力来抵销带电油滴所感应到的重力。从电场强度，他推算出油滴的带电量。他的仪器可能确切地衡量出含有1到150个离子的油滴的带电量，并且实行偏差可能局限到低于0.3%。他觉察每一颗油滴的带电量都是统一常数的倍数，以是，他推论这常数必是电子的带电量。汤姆孙和学生约翰·汤森德应用电解的离子气体来将过饱和水蒸气凝固，经历衡量带电水珠粒的带电量，他们也取得了一样结果。于1911年，亚伯兰·约费应用带电金属微粒，独速即取得同样的结果。可是，油滴比水滴更稳固，油滴的蒸发率较低，斗劲适合更良久的精准实行。

　　二十世纪初，实行者觉察，敏捷搬动的带电粒子会正在经历的途径，使过冷却、过饱和的水蒸气凝固成幼雾珠。于1911年，查尔斯·威耳逊使用这表面打算出云室仪器。这奥秘的出现使得实行者可以用摄影机拍摄到敏捷搬动电子的轨道，成为早期商酌根基粒子的苛重手段。

　　最早的原子模子是汤姆孙的梅子布丁模子。公布于1904年，汤姆孙以为电子正在原子中匀称摆列，就像带正电布丁中的带负电梅子雷同。1909年，出名的卢瑟福散射实行彻底地倾覆了这模子。

　　卢瑟福遵循他的实行结果，于1911年，打算出卢瑟福模子。正在这模子里，原子的绝大片面质地都集结于幼幼的原子核，原子的绝大片面都是真空。而电子则像行星环绕太阳运行雷同环绕着原子核运行。

　　正在经典力学的框架之下，行星轨道模子有一个要紧的题目不行注明：呈加快率运动的电子会形成电磁波，而形成电磁波就要损耗能量；最终，耗尽能量的电子将会一头撞上原子核（就像能量耗尽的人造卫星最终会进入地球大气层）。于1913年，尼尔斯·玻尔提出了玻尔模子。正在这模子中，电子运动于原子的某一特定的轨域。隔绝原子核越远，轨域的能量就越高。当电子从隔绝原子核更远的轨域，跃迁到隔绝原子核更近的轨域时，会以光子的时势开释出能量。相反的，从低能级轨域跃迁到高能级轨域则会摄取能量。借着这些量子化轨域，玻尔精确地推算出氢原子光谱。可是，应用玻尔模子，并不行以注明谱线的相对强度，也无法推算出更杂乱原子的光谱。这些困难，尚待其后量子力学的注明。

　　1916年，美国物理化学家吉尔伯特·道易斯告捷地注明了原子与原子之间的互相效用。他发起两个原子之间一对共用的电子，称为电子对，变成了共价键。于1923年，瓦尔特·海特勒和弗里茨·伦敦使用量子力学表面，完备地注明分明电子对形成和化学键变成的由来。于1919年，欧文·朗缪尔将道易斯的立方原子模子加以阐述，发起总共电子都漫衍于一层层齐心的（亲切齐心的）、等厚度的球形壳。他又将这些球形壳分为几个片面，每一个片面都含有一对电子。应用这模子，他可以注明周期表内每一个元素的周期性化学性子。

　　1924年，奥地利物理学家沃尔夫冈·泡诈骗一组参数来注明原子的壳层组织。这一组的四个参数，确定了电子的量子态。每一个量子态只可容许一个电子占领。（这禁止多于一个电子占领同样的量子态的法则，称为泡利不相容道理）。这一组参数的前三个参数分离为主量子数、角量子数和磁量子数。第四个参数只可有两种采选。于1925年，荷兰物理学家塞缪尔·古德斯米特和乔治·乌伦贝克提出了第四个参数所代表的物理机造。他们以为电子，除了运动轨域的角动量以表，能够会具有内正在的角动量，称为自旋；这性子可能用来注明先前正在实行里，用高判袂率光谱仪观测到的诡秘的粗糙组织分袂，即原子谱线从先前的一条线分袂成数条线。

　　1924年，法国物理学家境易·德布罗意正在他的博士论文《量子表面商酌》（《Recherches sur la théorie des quanta》）里，提出了德布罗意假说，假设总共物质都具有形似光波的动摇性子。遵从这假设，予以恰当的条目，电子和其它物质会显示出动摇的性子。假若，物理实行可以显示出，跟着光阴演化，物体搬动于空间轨道的局域地位，则这实行明了地显示了粒子性子。假若，物理实行可以显示出，粒子通过狭缝后，会形成干预图样于侦测障蔽，则这实行明了地显示了动摇性子。1927年，英国物理学家乔治·汤姆孙用金属薄膜，美国物理学家克林顿·戴维森和雷斯特·革末用镍晶体，分离将电子的干预效应显示于侦测障蔽。

　　德布罗意的博士论文予以埃尔温·薛定谔莫大的开垦：既然粒子拥有动摇性，那必然有一个动摇方程，可以完整地形容这粒子的动摇举止。1926年，薛定谔提出了薛定谔方程。这动摇方程可以形容电子的动摇举止。它并不行命定性地给出电子的明了运动轨道，电子正在苟且光阴的地位。可是，它可能推算出电子处于某地位的概率，也即是说，正在某地位找到电子的概率。薛定谔用我方思出的方程来推算氢原子的谱线，取得了与用玻尔模子的预测肖似的谜底。再进一步将电子的自旋和几个电子的相互效用纳入考量，薛定谔方程也可以给出电子正在其它原子序较高的原子内的电子组态。1928年，保罗·狄拉克公布了狄拉克方程。这公式可以形容相对论性电子的物理举止。相对论性电子是搬动速率亲切光速的电子。为了要注明狄拉克方程的自正在电子解所遭遇的失常的负能量态题目，狄拉克提出了一个真空模子，称为狄拉克之海，即真空是挤满了拥有负能量的粒子的无穷海。以是，他预言宇宙中存正在有正子（电子的反物质搭配）。1932年，卡尔·安德森正在宇宙射线实行中起初表懂得正子的存正在。

　　1947年，威利斯·兰姆正在与商酌生罗伯特·雷瑟福（Robert Retherford）协作的实行中，觉察氢原子的某些应当不会有能量差值的简并态，公然闪现很幼的能量差值。这气象称为兰姆位移。约莫同年代，波利卡普·库施和亨利·福立正在配合告终的一个实行中，觉察电子的特殊磁矩，即电子的磁矩比狄拉克表面的预估稍微大一点。为领悟释这些气象，朝永振一郎、朱利安·施温格和理察·费曼，于1940年代，创筑了量子电动力学。

　　MeV）；其后，能量更到达300MeV。1947年，正在通用电器实行室，应用一台70MeV电子同步加快器，物理学家觉察了同步辐射，即搬动于磁场的相对论性电子由于加快率而发射的辐射。1968年，第一座粒子束能量高达1.5吉电子伏（

　　GeV），名为大积聚环对撞机的粒子对撞机，正在意大利的核子物理国度商酌院首先运作。这座对撞机可以将电子和正子反宗旨地分离加快。与用电子碰撞一个静止标靶比拟较，这手段可以有用地使碰撞能量增添一倍。从1989年运转到2000年，位于瑞士日内瓦近郊的欧洲核子商酌构造的大型电子正子对撞机，可以杀青高达209GeV的碰撞能量。这对撞机已经告终多项实行，看待考练与查对粒子物理学的准则模子的精确性有很大的功绩。2

　　正在粒子物理学里，遵循准则模子，电子属于亚原子粒子中的轻子类。电子是根基粒子。正在总共带电的轻子中，电子的质地最幼，属于第一代根基粒子。μ子和τ子分离为第二代和第三代的轻子。它们的电荷量、自旋和根基互相效用，都与电子沟通；质地都大于电子。轻子与夸克的苛重区别点是轻子不以强核力与其它粒子互相效用。轻子的自旋是半奇数。日常自旋为半奇数的粒子都是费米子。因而，轻子是费米子。电子的自旋是

　　电子的质地约莫为9.109 × 10−31千克或5.489 × 10−4amu。遵循阿尔伯特·爱因斯坦的质能等价道理，这质地等价于0.511 MeV静止能量。质子质地约莫为电子质地的1836倍。天文衡量显示出，起码正在比来这半个宇宙的春秋时期，这质地比例都维持稳固稳固，就犹如准则模子所预测的雷同。

　　电子带有的电量是根基电荷电量：-1.602 × 10−19库仑，这是亚原子粒子所应用的电荷单元的电量。正在实行确切极限内，电子的绝对带电量与质子相当，但正负号相反。根基电荷平常用符号

　　吐露；此中，正负号分离吐露带有正负电荷。除了带有电荷的正负号区别以表，正子与电子的其它性子都沟通。

　　。平常，当道到这性子时，电子会被指为是一种自旋1/2粒子。看待这种粒子，自旋角动量是

　　。沿着自旋轴，电子的内正在磁矩约莫为1玻尔磁子，或9.274 009 15（23）×10−24焦耳/特斯拉。电子的自旋看待动量宗旨的投影为电子的螺旋度。

　　电子没有任何次组织。物理学家以为电子是一个点粒子，不占领任何空间。从观测管理于潘宁阱内的电子而取得的实行结果，物理学家臆想电子半径的上限为10−22米。经典电子半径是2.8179 × 10−15米。这个结果是从经典电动力学和狭义相对论的表面推论出来的，并没有应用到任何量子力学表面。

　　许多根基粒子会自觉衰酿成质地更轻的粒子，μ子即是一个很好的例子。均匀寿命为2.2 × 10−6秒的μ子会衰酿成一个电子、一个中微子和一个反中微子。从现有表面论证，电子是很稳固的：电子是质地最轻的带电粒子，它的衰变会违反电荷守恒定律。电子均匀寿命的实行最低限是4.6 × 1026年，相信区间是90%。

　　犹如总共其它粒子，电子拥有粒子性和动摇性。这性子称为波粒二象性。正在双缝实行里，电子的动摇性子，使得通过两条狭缝的电子波互联系涉，变成了显示于侦测障蔽的明亮条纹和昏黑条纹，这即是如左图所示双缝实行特点的干预图样。应用更高阶的实行摆设，可能观测到，电子老是以一颗颗粒子的式样抵达侦测障蔽。电子的动摇举止可能用复值的含时波函数

　　。假若这两个粒子可能被划分，那应当可能确定哪个波函数形容的是第一个粒子，哪个波函数形容的是第二个粒子。假若

　　现正在假设这两个粒子是全同粒子，不行能划分结果哪个粒子是第一个粒子，哪个粒子是第二个粒子。这意味着波函数

　　能够形容的是第一个粒子，也有能够形容的第二个粒子。这两个粒子量子举止的概率看待粒子换取应当拥有稳固性：

　　从阻难称性总波函数的时势可能推论，假设两个全同粒子的波函数看待粒子换取拥有阻难称性，而且它们占领统一量子态，即它们的波函数沟通，

　　费米子的自旋为半整数，总波函数看待粒子换取拥有阻难称性。以是，泡利不相容道理注解，两个全同费米子正在统一个编造中始终无法霸占统一量子态。并没有涉及到任何位势，并没有任何效使劲施加于它们本体，这纯粹是从无法划分全同粒子而形成的一种量子性子，正在经典物理学里，找不到形似性子。

　　电子是全同费米子。没有任何手段可以判袂出一个电子与另一个电子有什么区别；没有任何手段可以划分出，正在一群电子之中，哪一个电子是哪一个电子。恪守泡利不相容道理，苟且两个电子都不行占领同样的量子态。这道判辨释了很多相闭电子正在原子内的性子。比如，正在原子内，一个原子轨域里，最多只可有两个管理电子，为了适应阻难称性，一个电子的自旋往上，另一个电子的自旋往下；而不是总共的管理电子都占领同样一个最低能级的轨域。

　　物理学家以为，空间会接续不断地天生一对一对的虚粒子，像正子-电子虚偶，而正在糊口短暂的一段光阴后，这些成对的虚粒子会相互摧毁对方。正在这流程里，天生虚粒子所需求的能量涨落

　　就行。如许，表面上不会被仪器侦测出来，也不会违反海森堡不确定道理。遵循这推理，看待虚电子，

　　如左图所示，电子-正子虚偶会随机性地闪现于一个电子（图内左下方）的相近。当电子-正子虚偶尚然存正在的时分，再天生的正子，会感应到本来电子施加的吸引性库仑力；而新电子则会感应到排斥性库仑力。这气象称为真空极化。真空变得宛若一个拥有电容率

　　的电介质。以是电子，电子的有用电荷量变得幼于实正在值量，并且跟着离本来电子隔绝的增添而递减。通过1997年用日本崔斯坦粒子加快器所做的实行，真空极化表面取得了强有力的表明。看待电子的质地，虚粒子也会变成樊篱效应。

　　虚粒子互相效用可以注明，正在电子的内正在磁矩与玻尔磁子之间，眇幼的误差（约莫是磁矩的0.1%），称为特殊磁矩。这表面结果超特确切地与实行测定的数值相适应。无可狡赖地，正在这里，量子电动力学交出了一份美丽的结果单。

　　正在经典物理里，一个物体的角动量和磁矩跟其物理尺寸相闭。以是，无尺寸电子具有这些性子的观点实正在令人百思。一个能够合理的注明为，正在电子自身所形成的电场，可以天生虚光子。这些虚光子促使电子敏捷地动颤，称为颤动，所以变成电子的进动。经历过滤掉涨掉队，净运动是圆周运动。这诡秘的运动变成了电子的自旋和磁矩。正在原子里，做谱线实行旁观到的兰姆位移，可能用虚光子天生的表面来注明。

　　电子是带负电粒子，其所形成的电场，会吸引像质子一类的带正电粒子，也会排斥像电子一类的带负电粒子，这些气象所涉及的效使劲按照库仑定律。一群电子正在空间中搬动的举措会变成电流，安培定律形容电流与电流所形成的磁场互相之间的联系。这种感受性子给出了驱动电动机的磁场。

　　遵循经典电动力学，一个苟且搬动的带电粒子，必需经历一段传扬光阴，才可以将其影响传扬参与地位，正在场合位形成对应的推迟势，称为李纳-维谢势。这一段光阴的是非跟带电粒子地位、场合位之间的隔绝相闭。苟且搬动的带电粒子所形成的电场和磁场，可能从李纳-维谢势求得，也可能用杰斐缅柯方程直接推算出来。使用狭义相对论，也可能推导出同样的结果。

　　搬动于磁场的电子，会感应到洛伦兹力的效用。这洛伦兹力笔直于磁场与电子速率两个矢量所确定的平面，是向心力，促使电子遵从螺旋轨道搬动于磁场。螺旋轨道的半径称为反转半径。因为螺旋运动涉及加快率，电子会发射电磁辐射。看待这流程，非相对论性电子发射的电磁辐射称为盘旋辐射；而相对论性电子发射的则称为同步辐射。发射电磁辐射的同时，电子也会感应到一种后坐力，称为阿布拉罕-洛伦兹-狄拉克力，使得电子的搬动速率减缓。阿布拉罕-洛伦兹-狄拉克力，是由电子自己形成的电磁场，施加于我方自身的效使劲。

　　正在量子电动力学里，粒子与粒子之间传达电磁互相效用的玻色子是光子。一个不呈加快率运动的独立电子，是无法发射或摄取实正在光子的。由于，如许做会违背能量守恒定律和动量守恒定律。然而，虚光子不须按照这禁忌。虚光子可能经受传输动量于两个带电粒子之间的义务。比如，两个带电粒子互结换取虚光子这举措，变成了库仑力。假设，一个搬动中的电子，感应到一个带电粒子（像质子）所形成的电场的库仑力，而形成偏转，则电子会由于加快率运动而发射电磁辐射，这称为轫致辐射。

　　康普顿散射是光子与自正在电子之间的弹性碰撞。这种碰撞涉及动量和能量的传输于两个粒子之间，会更动光子的波长。更动的波长差值称为

　　是光速。电子的康普顿波长为2.43 × 10−12 m。看待长波长的光波（比如，可见光的波长域为0.4–0.7 μm），康普顿波长会显得相当眇幼，称这种散射为汤姆孙散射。

　　当电子与正子互相碰撞时，它们会相互湮灭对方，同时天生两个以上，偶数的伽马射线°相对角度发射出去。假若，可能纰漏电子和正子的动量，则这碰撞能够会先变成电子偶素原子，然后再湮灭成为两个0.511 MeV伽马射线光子。

　　逆反过来，高能量光子可能转化为一个电子和一个正子，这秩序称为成对形成。可是，因为违背了动量守恒定律，孤单光子不行够会发天生对形成。只要正在像原子核等等的带电粒子相近，因为库仑效用，能量大于1.022 MeV的光子才有能够发天生对形成。

　　轻子的量子态是由按照狄拉克方程的狄拉克旋量来表达。狄拉克旋量有四个复值分量，可能用投影算符遵从手征性分为左手片面与右手片面。遵循弱互相效用表面，电子狄拉克旋量的左手片面会与电中微子狄拉克旋量变成弱同位旋二重态。看待弱互相效用，电中微子的物理举止有点形似电子。二重态的任何一个成员，都可能发射或摄取一个W玻色子，从而转化为另为一个成员。这流程称为电性流互相效用。W玻色子带有一个单元电荷，这抵消了正在迁变时，任何净电量转移，这流程按照电荷守恒定律。放射性原子的贝塔衰变气象所涉及的即是电性流互相效用。电子和电中微子可能互结换取Z玻色子，这流程称为中性流互相效用，中微子-电枪弹性散射所涉及的即是中性流互相效用。

　　原子内部有一个原子核与一群被原子核管理的电子。因为库仑力的效用，原子内的电子被原子核吸引与管理。假若，管理电子的数量不等于原子核的质子数量，则称此原子为离子。正在原子内，原子轨域形容管理电子的物理举止。每一个原子轨域都有我方特殊的一组离散的量子数，像主量子数、角量子数和磁量子数。看待原子轨域，主量子数设定能级，角量子数给出轨角动量，而磁量子数则是轨角动量看待某特定轴的（量子化的）投影。遵循泡利不相容道理，每一个原子轨域只可被两个电子霸占，而这两个电子必需有阻难称的的自旋波函数，一个自旋向上，另一个自旋向下。

　　处于一个轨域的电子，经历发射或摄取光子的流程，可能跃迁至别的一个轨域。发射或摄取的光子的所涉及的能量必需等于轨域能级的差值。除了这种手段以表，电子也可能借着与它粒子的碰撞，或靠着俄歇效应，跃迁至其它轨域。假若，予以管理电子的能量大于其管理能，则这管理电子可能逃离原子，成为自正在电子。比如，正在光电效应里，一个能量大于原子电离能的入射光子，被电子摄取，使得电子有足够的能量逃离原子。

　　电子的轨角动量是量子化的。因为电子带有电荷，其轨磁矩与轨角动量成正比。原子的净磁矩是原子核与每一个电子的轨磁矩和自旋磁矩的总矢量和（欲明白更周详的材料，请参阅自旋-轨道效用）。可是，与电子的磁矩比拟，核磁矩显得超幼，可能纰漏。处于同样轨域的两个偶电子会相互抵销对方的自旋磁矩。

　　原子与原子之间的化学键是由于电磁效用而变成的，这物理举止可能用量子力学表面来形容。几种常见的化学键为离子键、共价键和金属键。正在离子化合物里，正离子和负离子会通过静电效用变成离子键。正在共价化合物里，原子与原子之间通过共用电子变成共价键。正在金属里，自正在电子与摆列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力变成金属键。分子是由多个原子正在共价键中透过共用电子维系沿途而变成。

　　正在分子内部，电子的运动会同时感应到几个原子核的影响。电子占领分子轨域，就宛若正在独立原子内部占领原子轨域雷同。正在分子组织里，一个很苛重的要素是电子偶的存正在。电子偶是两个自旋相反的电子构成；按照泡利不相容道理，这两个电子共处于统一个分子轨域，就宛若处于统一个原子轨域雷同。区其它分子轨域有区其它电子概率密度漫衍。比如，共价键电子偶（本质维系原子正在沿途的共价键的电子偶）的电子，最常处于原子之间斗劲幼的空间。反过来说，非共价键电子偶的电子会漫衍于盘绕着原子核的斗劲大的空间。

　　假若，一个物体所具有的电子数目与质子数目不相当，则此物体带有净电荷。当电子数目斗劲多的时分，称此物体带有负电；而当电子数目斗劲少的时分，称此物体带有正电；又当电子数目与质子数目相当时，称此物体为电中性。一个巨观物体可能通过摩擦而带有净电荷，称此效应为摩擦起电效应。搬动于真空的独立电子称为

　　。自正在电子不管理于原子内。正在金属内的电子的物理举止恰似自正在电子。本质而言，这些正在金属内的电子是

　　。更留神而言，它们是准粒子，所具有的电荷量、自旋、磁矩，与实正在电子的等值；可是有用质地不等值。当自正在电子搬动于金属或真空时，它们会变成电荷的净活动，称为电流。载流导线是载有电流的导线。盘绕着载流导线的地方，会天生磁场；而跟着光阴而更动的磁场，称为含时磁场，又会天生电流。这些电磁气象的物理举止，可能用麦克斯韦方程组来形容。电导率是吐露物质传输电流的才略的一种衡量值。当施加电压于导体的两头时，电子会从低电势处朝着高电势处搬动，所以形成电流。根据旧例，看待导体，电流的宗旨与电子搬动的宗旨碰巧相反。铜和金都是杰出导体；而玻璃和橡胶则都是不良导体。正在电介质里，电子管理于各自所属的原子内，电介质的性子就宛若绝缘质雷同。金属物质具有电子能带组织，其电子能带还没有完整被电子填满。这些尚未填满的电子能带，容许金属内少少电子的举动，恰似自正在电子或离域电子普通，与任何一个原子都没有团结。当施加电场于金属时，这些电子可能自正在的搬动于金属，就像气体搬动于其容器内普通，称这些电子为费米气体。正在导体里，因为电子与原子之间的碰撞，电子的漂移速率约莫为每秒几厘米。可是，正在导体内部某地位电子密度的转移，传到达其它地位的速率，称为传扬速率，平常约莫是光速的75%。这是由于电子讯号的传扬形似光波，传扬速率与物质的相对电容率相闭。

　　金属的热传导性杰出。苛重由来是离域电子可能正在原子与原子之间自正在的传输热能。可是，与电导率区其它是，热导率险些与温度无闭。维德曼-夫兰兹定律分明的阐明这联系：热导率与电导率的比率跟温度成正比。金属晶格因热能而形成的无序气象，使得物质的电阻率增添，从而变成电导率与温度相闭。

　　当低重温度至低于临界温度时，物质会产生相变，从一种相态突然酿成另一种相态。假若正在这同时，闪现电阻变为零的气象，电流可能毫无损耗的活动于物质，则称此气象为超导气象。BCS表面是注明这超导气象的量子表面。BCS表面以为，这量子举止可能用库珀对模子来注明。库珀对是处于玻色-爱因斯坦凝结量子态的成对的电子；它们的运动，通过晶格的振动（称为声子）电子，与附近原子耦合，以是避免了与原子碰撞的时机。如许，就不会有电阻闪现了。高温超导气象的运作机造与基本表面照旧不分明。

　　正在固态导体内，电子是准粒子。当将温度苛肃地驾驭于亲切绝对零度时，电子的物理举止变得宛若分袂为别的两个准粒子，旋子和洞子。旋子具有自旋和磁矩；而洞子则带有电荷。

　　遵循爱因斯坦的狭义相对论，相看待观测者的参考系，电子的搬动速率越速，电子的相对论性子地（总能量）也越大，所以使得电子接续加快所需求的能量越来越大，正在亲切光速时，趋势于无尽大。以是电子的搬动速率可能亲切光波正在真空的传扬速率

　　）入射于这一类的电介质，则相对论性电子正在此电介质内的搬动速率，会片刻地大于光波传扬于此电介质的速率

　　。当相对论性电子搬动于此类电介质内部时，因为与电介质互相效用，会形成一种很单薄的辐射，称为切连科夫辐射。

　　比如，斯坦福直线加快器可能将电子加快到约莫51 GeV。因为电子的静质地约莫为0.51 MeV，对应的

　　约莫为2.4 × 10−17，这波长的尺寸相当眇幼，因而，实行者可能用电子来细密地探测原子核的内部组织。

　　正在浩繁注明宇宙早期演化的表面中，大爆炸表面是斗劲可以被物理学界普及承受的科学表面。正在大爆炸的最初几秒钟光阴，温度远远高过100亿K。那时，光子的均匀能量跨越1.022 MeV许多，有足够的能量来天生电子和正子对。这流程称为电子正子成对形成，以公式表达为

　　同时，电子和正子对也正在大范畴地互相湮灭对方，而且发射高能量光子。正在这短暂的宇宙演化阶段，电子，正子和光子起劲地坚持着微妙的均衡。可是，由于宇宙正正在敏捷地膨胀中，温度不断转凉，正在10秒钟时分，温度已降到30亿K，低于电子-正子天生流程的温度底限100亿K。以是，光子不再拥有足够的能量来天生电子和正子对，大范畴的电子-正子天生事务不再产生。不过，电子和正子依然接续一贯地互相湮灭对方，发射高能量光子。因为某些尚未确定的要素，正在轻子天生流程中，天生的电子多于正子。

　　不然，假若电子数目与正子数目相当，现正在就没有电子了！不光如许，因为一种称为重子错误称性的情景，质子的数量也多过反质子，约莫每1亿个粒子看待光子中，就会有一个特殊的质子。很巧地，电子存留的数量跟质子多过反质子的数量正好相当。以是，宇宙净电荷量为零，呈电中性。

　　假若温度高于10亿K，任何质子和中子团结而变成的重氢，会即刻被高能量光子光解。正在大爆炸后100秒钟，温度依然低于10亿K，质子和中子团结而成的重氢，不再会被高能量光子光解，存留的质子和中子首先相互参予反响，变成种种氢的同位素和氦的同位素，和微量的锂和铍。这流程称为太初核合成。

　　正在约莫1000秒钟时，温度降到低于4亿K。核子与核子之间，不再能靠着高速率随机碰撞的机造，治服库仑障壁，互毗附近，形成核聚变。以是，太初核合成流程无法举办，太初核合成阶段大致完成。任何盈利的中子，会由于半衰期约莫为614秒的负贝塔衰变，转化为质子，同时释出一个电子和一个反电中微子：

　　正在自此的377,000年时期，电子的能量照旧太高，无法与原子核团结。正在这时间之后，跟着宇宙渐渐地降温，原子核首先管理电子，变成中性的原子。这流程称为复合。正在这相当速的复合流程时间之后，大大批的原子都成为中性，光子不再会很容易地与物质互相效用。光子也可能自正在地搬动于透后的宇宙。

　　大爆炸的一百万年之后，第一代恒星首先变成。正在恒星内部，恒星核合成流程的种种核聚变，会变成正子的天生（参阅质子-质子链反响和碳氮氧轮回）。这些正子即刻会与电子相互湮灭，同时开释伽马射线。结果是电子数量稳固地递减，跟中子数量对应地增添。恒星演化流程集中成种种各样的放射性同位素。有些同位素随后会经过负贝塔衰变，同时发射出一个电子和一个反电中微子结果是电子数量增添，跟中子数量对应地削减。比如，钴-60（60Co）同位素会因衰变而变成镍-60。

　　质地跨越20太阳质地的恒星，正在它性命的止境，会经过到引力坍缩，所以酿成一个黑洞。按摄影对论表面，黑洞所拥有的超强引力，足可阻难任何物体逃离，以至电磁辐射也无法逃离。可是，物理学家以为，量子力学效应能够会许可电子和正子天生于黑洞的事务视界，所以使得黑洞发射出霍金辐射，。

　　当一对虚粒子，像正子-电子虚偶，天生于事务视界或其附近区域时，这些虚粒子的随机空间漫衍，能够会使得此中一个虚粒子，闪现于事务视界的表部。这流程称为量子隧穿效应。黑洞的引力势会提供能量，使得这虚粒子转化为实正在粒子，辐射逃离黑洞。这辐射秩序称为霍金辐射。正在另一方面，这秩序的价值是，虚偶的另一位成员取得了负能量。这会使得黑洞净失掉少少质能。霍金辐射的发射率与黑洞质地成反比；质地越幼，发射率越大。如许，黑洞会越来越速地蒸发。正在最终的0.1秒，超大的发射率可能类比于一个大爆炸。

　　宇宙线是遨游于太空的高能量粒子。物理学者已经衡量到能量高达3.0 × 1020 eV的粒子。当这些粒子进入地球的大气层，与大气层的核子产生碰撞时，会天生一射丛的粒子，包罗π介子。μ子是一种轻子，是由π介子正在高层大气衰变而形成的。正在地球表观观测到的宇宙线，跨越折半是μ子。半衰期为2.2微秒的μ子会因衰变而形成一个电子或正子。精确的π−介子反响式为

　　靠着侦测电子的辐射能量，天文学家可能远隔绝地观测到电子的种种气象。比如，正在像恒星日冕一类的高能量境况里，自正在电子会变成一种借着造动辐射来辐射能量的等离子体。电子气体的等离子体振荡是一种动摇，是由电子密度的敏捷震动所形成的动摇。这种动摇会变成能量的发射。天文学家可能应用无线电千里镜来侦测这能量。遵循普朗克联系式，光子的频率与能量成正比。当一个管理电子跃迁于原子的区别能级的轨域之间时，管理电子会摄取或发射拥有特定频率的光子。比如，当映照宽带光谱的光源所形成的光波于原子时，特点摄取光谱会闪现于透射辐射的光谱。每一种元素或分子会显示出一组特点摄取光谱，像氢光谱。光谱学特意商酌光谱线的强度和宽度。仔细领悟这些数据，即可得知物质的构成元素和物理性子。

　　正在实行室操控条目下，电子与其它粒子的互相效用，可能用粒子侦测器来留神旁观。电子的特点性子，像质地、自旋和电荷等等，都可能加以衡量搜检。四极离子阱和潘宁阱可能长光阴地将带电粒子局限于一个很幼的区域。如许，科学家可能确切地衡量带电粒子的性子。比如，正在一次实行中，一个电子被局限于潘宁阱的光阴长达10个月之久。1980年，因为种种先端科技的告捷发达，电子磁矩的实行值依然到达11个位数的正确度。正在那时分，是总共由实行取得的物理常数中，正确度最高的物理常数。

　　2008年2月，隆德大学的一组物理团队起初拍摄到电子能量漫衍的视讯影像。科学家应用极度短暂的闪光，称为

　　正在固态物质内，电子的漫衍可能用角判袂光电子能谱学来显像。使用光电效应表面，这科技映照高能量辐射于样品，然后衡量光电发射的电子动能漫衍和宗旨漫衍等等数据。留神地领悟这些数据，即可推论固态物质的电子组织。5、使用规模

　　电子束焊接是使用于焊接规模的电子束科技。这焊接技巧可以将高达107瓦特／厘米2能量密度的热能，聚焦于直径为0.3–1.3毫米的眇幼区域。应用这技巧，技工可能焊接更深奥的物件，局限大片面热能于微幼的区域，而不会更动相近物质的材质。为了避免物质被氧化的能够性，电子束焊接必需正在真空内举办。不适合应用普及手段焊接的传导性物质，可能斟酌应用电子束焊接。正在核子工程和航天工程里，有些高价格焊接工件不行承受任何瑕疵。这时分，工程师时常会采选应用电子束焊接来完成做事。电子束平版印刷术是一种判袂率幼于1毫米的蚀刻半导体的手段。这种技巧的漏洞是本钱昂贵、秩序徐徐、必需操作于真空内、另有，电子束正在固体内很速就会散开，很难坚持聚焦。最终这漏洞局限住判袂率不行幼于10纳米。以是，电子束平版印刷术苛重是用来创筑少数目更加的集成电道。

　　电子束映照技巧应用电子束来映照物质。为了要更动物质的物理性子或灭除医疗物品和食物所含有的微生物，可能斟酌应用电子束映照技巧。做为放射线疗法的一种，直线型加快器造备的电子束可能用来映照浅表性肿瘤。因为正在被摄取之前，电子束只会穿透有限的深度（能量为5–20 MeV的电子束平常可能穿透5厘米的生物体），电子束疗法可能用来医疗像基内幕胞癌一类的皮肤病。电子束疗法也可能辅帮调节已被X-射线映照过的区域。

　　粒子加快器应用电场来增添电子或正子的能量，使这些粒子具有高能量。当这些粒子通过磁场时，它们会放射同步辐射。因为辐射的强度与自旋相闭，所以变成了电子束的偏振。这流程称为索克洛夫-特诺夫效应。许多实行都需求应用偏振的电子束为粒子源。同步辐射也可能用来低重电子束温度电子，削减粒子的动量误差。一当粒子到达请求的能量，使电子束和正子束产生相互碰撞与湮灭，这会惹起能量的发射。侦测这些能量的漫衍，留神商酌领悟实行数据，物理学家可能领悟电子与正子碰撞与湮灭的物理举止。

　　低能电子衍射技巧（LEED）映照准直电子束（collimated electron beam）于晶体物质，然后遵循观测到的衍射图样，来臆想物质组织。这技巧所应用的电子能量平常正在20–200 eV之间。反射高能电子衍射（RHEED）技巧以低角度映照准直电子束于晶体物质，然后采集反射图样的数据，从而臆想晶体表观的材料。这技巧所应用的电子的能量正在8–20 keV之间，入射角度为1–4°。

　　电子显微镜将聚焦的电子束入射于样本。因为电子束与样本的互相效用，电子的性子，像搬动宗旨、相对相位和能量，都邑有所更动电子。仔细地领悟这些实行采集到的数据，即可取得判袂率为原子尺寸的影像。应用蓝色光，普及的光学显微镜的判袂率，因受到衍射局限，只可到达200纳米；互比拟较，电子显微镜的判袂率，则是受到电子的德布罗意波长局限，看待能量为100 keV的电子，判袂率约莫为0.0037纳米。像差纠正穿透式电子显微镜可以将判袂率降到低于0.05纳米，可以分明地观测到部分原子。这才略使得电子显微镜成为，正在实行室里，高判袂率成像不行欠缺的仪器。可是，电子显微镜的价格高贵，调养不易。正在操作电子显微镜时，样品境况需求坚持真空，科学家无法观测活生物。

　　电子显微镜苛重分为两品种式：穿透式和扫描式。穿透式电子显微镜的操作道理形似高架式投影机，将电子束瞄准于样品切片发射，穿透过的电子再用透镜投影于底片或电荷耦合元件。扫描电子显微镜用聚焦的电子束扫描过样品，就宛若正在显示机内的光栅扫描。这两种电子显微镜的放大率可从100倍到1,000,000倍，以至更高。使用量子隧穿效应，扫描地道显微镜将电子从敏锐的金属针尖隧穿至样品表观。为了要坚持稳固的电流，针尖会跟着样品表观的凹凸而搬动，如许，即可取得判袂率为原子尺寸的样本表观影像。

　　正在自正在电子激光里，相对论性电子束会搬动通过一对波荡器。每一个波荡器是由一排磁偶极矩构成，其磁场的磁偶极矩瓜代地指向相反宗旨。因为这些磁场的效用，电子会发射同步辐射；而这辐射会联系地与电子互相效用，会正在共振频率惹起辐射场的剧烈放大。自正在电子激光可以发射联系的高辐射率的电磁辐射，并且频域相当宽绰，从微波到软X-射线。这元件可能使用于创筑业、通信业和种种医疗用处，像软构造手术。

　　现阶段已运转的自正在电子激光有美国斯坦福直线加快器中央的直线加快器联系光源（LCLS）、德国电子加快器的汉堡自正在电子激光（Free-electron LASer in Hamburg, FLASH）与正正在筑造的欧洲X射线自正在电子激光（E-XFEL）。筑成之后，E-XFEL将会是寰宇上范畴最大，能量最高的自正在电子激光安装。

　　阴极射线管的重点观点为，洛伦兹力定律的使用于电子束。阴极射线管普及的应用于实行式仪器显示器，电脑显示器和电视。正在光电倍增管内，每一个击中岁月极的光子会由于光电效应惹起一堆电子被发射出来，变成可侦测的电流脉波。已经正在电子科技研发饰演苛重的脚色，真空管借着电子的活动来把握电子信号；可是，这元件现正在已被晶体管一类的固态电子元件代替了。

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