El electrón es una partícula subatómica con carga negativa que es un componente importante de los átomos que forman la materia ordinaria. El electrón es fundamental, en el sentido de que no se cree que esté formado por componentes más pequeños. El tamaño de la carga del electrón se ha considerado durante muchos años la unidad fundamental de carga que se encuentra en la naturaleza. Se creía que todas las cargas eléctricas eran múltiplos integrales de esta carga. Sin embargo, recientemente se han encontrado pruebas considerables que indican que las partículas clasificadas como mesones y bariones están formadas por objetos llamados quarks, que tienen cargas de 2/3 o 1/3 de la carga del electrón. Por ejemplo, los neutrones y protones, que componen los núcleos de los átomos, son bariones. Sin embargo, los científicos nunca han podido observar un quark aislado, por lo que, a efectos prácticos, la carga del electrón puede seguir considerándose la unidad fundamental de carga que se encuentra en la naturaleza. La magnitud de esta carga, normalmente designada por e, se ha medido con gran precisión y es de 1,602177 × 10-19 culombios. La masa del electrón es pequeña incluso para los estándares atómicos y tiene el valor de 9,109389 × 10-31 kg (0,5110 M V/c2 e , siendo sólo aproximadamente 1/1836 la masa del protón.
Todos los átomos que se encuentran en la naturaleza tienen un núcleo con carga positiva alrededor del cual se mueven los electrones con carga negativa. El átomo es eléctricamente neutro y, por tanto, la carga eléctrica positiva del núcleo tiene la misma magnitud que la carga negativa debida a todos los electrones. Los electrones se mantienen en el átomo por la fuerza de atracción que ejerce sobre ellos el núcleo cargado positivamente. Se mueven muy rápidamente alrededor del núcleo en órbitas que tienen energías muy definidas, formando una especie de nube de electrones a su alrededor. Algunos de los electrones de un átomo típico pueden estar bastante cerca del núcleo, mientras que otros pueden estar a distancias que son muchos miles de veces mayores que el diámetro del núcleo. Así pues, la nube de electrones determinaFigura 1. Ilustración de Hans & Cassidy. Cortesía de Gale Group.el tamaño del átomo. Son los electrones más externos los que determinan el comportamiento químico de los distintos elementos. El tamaño y la forma de las nubes de electrones que rodean a los átomos sólo pueden explicarse utilizando un campo de la física llamado mecánica cuántica.
En los metales, algunos de los electrones no están fuertemente ligados a los átomos y son libres de moverse por el metal bajo la influencia de un campo eléctrico. Esta situación es la que explica que la mayoría de los metales sean buenos conductores de la electricidad y el calor.
La teoría cuántica también explica otras propiedades bastante extrañas de los electrones. Los electrones se comportan como si estuvieran girando, y el valor del momento angular asociado a este giro es fijo; por tanto, no es sorprendente que los electrones también se comporten como pequeños imanes. La disposición de los electrones en algunos materiales, como el hierro, hace que estos materiales sean magnéticos. La existencia del positrón, la antipartícula del electrón, fue predicha por el físico francés Paul Dirac en 1930. Para predecir esta antipartícula, utilizó una versión de la mecánica cuántica que incluía los efectos de la teoría de la relatividad. La carga del positrón tiene la misma magnitud que la del electrón, pero es positiva. La predicción de Dirac se verificó dos años más tarde, cuando el positrón fue observado experimentalmente por Carl Anderson en una cámara de nubes utilizada para la investigación de los rayos cósmicos. El positrón no existe durante mucho tiempo en presencia de materia ordinaria porque pronto entra en contacto con un electrón ordinario y las dos partículas se aniquilan, produciendo un rayo gamma con una energía igual al equivalente energético de las dos masas del electrón, según la famosa ecuación de Einstein E = mc2.