Ledere og isolatorer
Måten atomer binder sammen påvirker de elektriske egenskapene til materialene de danner. For eksempel, i materialer som holdes sammen av den metalliske bindingen, flyter elektroner løst mellom metallionene. Disse elektronene kan bevege seg fritt hvis det brukes en elektrisk kraft. For eksempel, hvis en kobbertråd er festet over polene til et batteri, vil elektronene strømme inne i ledningen. Dermed strømmer en elektrisk strøm, og kobberet sies å være en leder.
Flyten av elektroner inne i en leder er imidlertid ikke så enkel. Et gratis elektron vil bli akselerert en stund, men vil deretter kollidere med et ion. I kollisjonsprosessen vil noe av energien som er anskaffet av elektronet overføres til ionet. Som et resultat vil ionet bevege seg raskere, og en observatør vil merke trådens temperaturøkning. Denne konvertering av elektrisk energi fra elektronenes bevegelse til varmeenergi kalles elektrisk motstand. I et materiale med høy motstand varmes ledningen raskt opp når elektrisk strøm strømmer. I et materiale med lav motstand, for eksempel kobbertråd, forblir mesteparten av energien igjen med de bevegelige elektronene, så materialet er flink til å flytte elektrisk energi fra et punkt til et annet. Den utmerkede ledende egenskapen, sammen med de relativt lave kostnadene, er grunnen til at kobber ofte brukes i elektriske ledninger.
Den nøyaktig motsatte situasjonen oppnås i materialer, som plast og keramikk, der elektronene alle er låst i ioniske eller kovalente bindinger. Når denne typen materialer plasseres mellom polene på et batteri, strømmer ingen strøm - det er rett og slett ingen elektroner som kan bevege seg. Slike materialer kalles isolatorer.
Magnetiske egenskaper
Materialenes magnetiske egenskaper er også relatert til atferden til elektroner i atomer. Et elektron i bane kan betraktes som en miniatyrsløyfe av elektrisk strøm. I henhold til lovene om elektromagnetisme vil en slik løkke skape et magnetfelt. Hvert elektron i bane rundt en kjerne produserer sitt eget magnetfelt, og summen av disse feltene, sammen med de intrinsiske feltene til elektronene og kjernen, bestemmer atomets magnetfelt. Med mindre alle disse feltene avbryter, kan atomet tenkes som en liten magnet.
I de fleste materialer peker disse atommagnetene i tilfeldige retninger, slik at materialet i seg selv ikke er magnetisk. I noen tilfeller - for eksempel når tilfeldig orienterte atommagneter er plassert i et sterkt eksternt magnetfelt - stiller de opp på linje og styrker det ytre feltet i prosessen. Dette fenomenet er kjent som paramagnetisme. I noen få metaller, for eksempel jern, er de interatomiske kreftene slik at atommagnetene stiller opp over regioner noen tusen atomer på tvers. Disse regionene kalles domener. I vanlig jern orienteres domenene tilfeldig, så materialet er ikke magnetisk. Hvis jern settes i et sterkt magnetfelt, vil imidlertid domenene stille opp, og de vil forbli på linje selv etter at det eksterne feltet er fjernet. Som et resultat vil jernstykket få et sterkt magnetfelt. Dette fenomenet er kjent som ferromagnetisme. Permanente magneter er laget på denne måten.
