biến hóa tổng hợp tạo ra hạt nhân lớn hơn từ các hạt nhân có nguyên tử số Z nhỏ hơn của sắt và nikel—với tổng số nucleon vào khoảng 60—thường là biến hóa sinh nhiệt giải phóng nhiều năng lượng hơn so với năng lượng nhu yếu để tổng hợp chúng.[61] Đây chính là những đặc tính tổng hợp hạt nhân sinh năng lượng trong các sao và giúp tinh cầu duy trì thể trạng thăng bằng áp suất và lực hút quyến rũ. Đối với các hạt nhân nặng hơn , năng lượng liên kết trên một nucleon trong hạt nhân bắt đầu giảm. Điều này làm cho biến hóa tổng hợp ra đời hạt nhân với nguyên tử số Z > 26 và số nucleon cao hơn 60 , là đặc tính thu nhiệt. Những hạt nhân nặng này chẳng thể dự khán phản ứng tổng hợp sinh năng lượng giúp cho quá trình cân bằng thủy tĩnh của sao được ổn định.[56]

máy lọc nước Hình một giếng thế tuân theo cơ học cổ điển , năng lượng tối thiểu V( x ) cần để tới vị trí x. Về mặt cổ điển , hạt có năng lượng E bị giam trong Phạm vi vị trí x1 và x2.
Các electron trong một nguyên tử bị hút bởi các proton ở hạt nhân bằng lực điện từ. Lực này giam các electron bên trong một giếng thế tĩnh điện bao quanh hạt nhân , tức là cần phải có nguồn năng lượng từ bên ngoài để cho electron thoát ra khỏi hạt nhân. Electron càng nằm gần về phía hạt nhân , lực hút càng mạnh hơn. "một năm do đó nó sẽ bị lãng quên" electron liên kết gần tâm của giếng thế đòi hỏi nhiều năng lượng hơn để thoát ra ngoài.
Electron , giống như những hạt vi mô khác , có cả tính chất sóng và hạt. Đám mây electron là một vùng bên trong giếng thế nơi mỗi electron làm nên một kiểu sóng đứng ba chiều—dạng sóng không chuyển di so với hạt nhân. Hành xử này tạo lên obitan nguyên tử , một hàm toán học đặc trưng cho xác suất một electron hiện ra tại một điểm cụ thể khi đo vị trí của electron.[62] Chỉ có tập rời rạc bị lượng tử hóa những obitan tồn tại chung quanh hạt nhân , hoặc nếu có những dạng sóng khác thì nó sẽ chóng vánh phân hủy thành dạng sóng đứng lượng tử yên ổn hơn.[63] Các obitan có khả năng có kiến trúc nhiều hơn một vòng hoặc nút , và chúng khác nhau về kích tấc , hình dáng và hướng.[64]