Ledare och isolatorer
Hur atomer binds samman påverkar de elektriska egenskaperna hos materialen de bildar. Till exempel, i material som hålls samman av metallbindningen, flyter elektroner löst mellan metalljonerna. Dessa elektroner är fria att röra sig om en elektrisk kraft appliceras. Till exempel, om en koppartråd är fäst över polerna på ett batteri, kommer elektronerna att rinna in i tråden. Således flödar en elektrisk ström, och koppar sägs vara en ledare.
Elektronflödet inuti en ledare är dock inte så enkelt. En fri elektron påskyndas en stund men kolliderar sedan med en jon. I kollisionsprocessen kommer en del av den energi som förvärvas av elektronen att överföras till jonen. Som ett resultat kommer jonen att röra sig snabbare och en observatör märker trådens temperaturökning. Denna omvandling av elektrisk energi från elektronernas rörelse till värmeenergi kallas elektrisk motstånd. I ett material med hög motstånd värms tråden snabbt upp när elektrisk ström flyter. I ett material med lågt motstånd, som koppartråd, förblir mest energi av de rörliga elektronerna, så materialet är bra på att flytta elektrisk energi från en punkt till en annan. Dess utmärkta ledande egenskap, tillsammans med dess relativt låga kostnader, är därför koppar ofta används i elektriska ledningar.
Den exakta motsatta situationen uppnås i material, såsom plast och keramik, där elektronerna alla är låsta i joniska eller kovalenta bindningar. När dessa typer av material placeras mellan batterierna i ett batteri, flödar ingen ström - det finns helt enkelt inga elektroner fria att röra sig. Sådana material kallas isolatorer.
Magnetiska egenskaper
Materialens magnetiska egenskaper är också relaterade till beteendet hos elektroner i atomer. En elektron i omloppsbana kan betraktas som en miniatyrslinga av elektrisk ström. Enligt lagarna om elektromagnetism kommer en sådan slinga att skapa ett magnetfält. Varje elektron i kretslopp runt en kärna producerar sitt eget magnetfält, och summan av dessa fält, tillsammans med de intrinsiska fälten för elektronerna och kärnan, avgör atomens magnetfält. Om inte alla dessa fält avbryter kan atomen betraktas som en liten magnet.
I de flesta material pekar dessa atommagneter i slumpmässiga riktningar, så att själva materialet inte är magnetiskt. I vissa fall - till exempel, när slumpmässigt orienterade atommagneter placeras i ett starkt yttre magnetfält - ställer de sig i linje, vilket förstärker det yttre fältet i processen. Detta fenomen kallas paramagnetism. I några få metaller, som järn, är de interatomiska krafterna sådana att atommagneterna ställer sig över regioner några tusen atomer tvärs över. Dessa regioner kallas domäner. I normalt järn orienteras domänerna slumpmässigt, så materialet är inte magnetiskt. Om järn sätts i ett starkt magnetfält, kommer dock domänerna att radas upp, och de kommer att förbli uppradade även efter att det yttre fältet har tagits bort. Som ett resultat kommer järnstycket att få ett starkt magnetfält. Detta fenomen kallas ferromagnetism. Permanenta magneter tillverkas på detta sätt.
