Elektroni on negatiivisesti varautunut subatominen hiukkanen, joka on tärkeä osa tavallisen aineen muodostavia atomeja. Elektroni on fundamentaalinen siinä mielessä, että sen ei uskota koostuvan pienemmistä rakenneosista. Elektronin varauksen kokoa on jo vuosia pidetty luonnossa esiintyvän varauksen perusyksikkönä. Kaikkien sähkövarausten uskottiin olevan tämän varauksen kokonaiskertoimia. Viime aikoina on kuitenkin löydetty huomattavia todisteita siitä, että mesoneiksi ja baryoneiksi luokitellut hiukkaset koostuvat kvarkkeiksi kutsutuista kappaleista, joiden varaus on joko 2/3 tai 1/3 elektronin varauksesta. Esimerkiksi neutronit ja protonit, jotka muodostavat atomien ytimet, ovat baryoneja. Tutkijat eivät kuitenkaan ole koskaan pystyneet havaitsemaan yksittäistä kvarkkia, joten käytännössä elektronin varausta voidaan edelleen pitää luonnossa esiintyvän varauksen perusyksikkönä. Tämän varauksen suuruus, jota yleensä merkitään e:llä, on mitattu hyvin tarkasti, ja se on 1,602177 × 10-19 coulombia. Elektronin massa on atomienkin mittapuulla pieni, ja sen arvo on 9,109389 × 10-31 kg (0,5110 M V/c2 e , mikä on vain noin 1/1836 protonin massasta.
Kaikissa luonnossa esiintyvissä atomeissa on positiivisesti varautunut ydin, jonka ympärillä negatiivisesti varautuneet elektronit liikkuvat. Atomi on sähköisesti neutraali, joten ytimen positiivinen sähkövaraus on yhtä suuri kuin kaikkien elektronien aiheuttama negatiivinen varaus. Elektronit pysyvät atomissa positiivisesti varautuneen ytimen niihin kohdistaman vetovoiman ansiosta. Ne liikkuvat hyvin nopeasti ytimen ympärillä kiertoradoilla, joilla on hyvin määrätyt energiat ja jotka muodostavat eräänlaisen elektronipilven ytimen ympärille. Osa tyypillisen atomin elektroneista voi olla melko lähellä ydintä, kun taas toiset voivat olla etäisyydellä, joka on monta tuhatta kertaa suurempi kuin ytimen halkaisija. Näin ollen elektronipilvi määrittääKuva 1. Kuvitus: Hans & Cassidy. Courtesy of Gale Group.atomin koon. Juuri uloimmat elektronit määräävät eri alkuaineiden kemiallisen käyttäytymisen. Atomien ympärillä olevien elektronipilvien koko ja muoto voidaan selittää vain hyödyntämällä fysiikan alaa, jota kutsutaan kvanttimekaniikaksi.
Metalleissa osa elektroneista ei ole tiukasti sidottu atomeihin, vaan ne voivat liikkua vapaasti metallin läpi sähkökentän vaikutuksesta. Juuri tämä tilanne selittää sen, että useimmat metallit johtavat hyvin sähköä ja lämpöä.
Kvanttiteoria selittää myös useita muita elektronien varsin outoja ominaisuuksia. Elektronit käyttäytyvät ikään kuin ne pyörisivät, ja tähän pyörimiseen liittyvän kulmamomentin arvo on kiinteä; siksi ei ole yllättävää, että elektronit käyttäytyvät myös kuin pienet magneetit. Tapa, jolla elektronit ovat järjestäytyneet joissakin materiaaleissa, kuten raudassa, aiheuttaa sen, että nämä materiaalit ovat magneettisia. Positronin, elektronin antihiukkasen, olemassaolon ennusti ranskalainen fyysikko Paul Dirac vuonna 1930. Tämän antihiukkasen ennustamiseen hän käytti kvanttimekaniikan versiota, joka sisälsi suhteellisuusteorian vaikutukset. Positronin varaus on saman suuruinen kuin elektronin varaus, mutta positiivinen. Diracin ennuste varmistui kaksi vuotta myöhemmin, kun Carl Anderson havaitsi positronin kokeellisesti pilvikammiossa, jota käytettiin kosmisten säteiden tutkimiseen. Positroni ei ole olemassa kovin kauan tavallisen aineen läsnä ollessa, koska se joutuu pian kosketuksiin tavallisen elektronin kanssa ja nämä kaksi hiukkasta annihiloituvat, jolloin syntyy gammasäteilyä, jonka energia on yhtä suuri kuin kahden elektronin massan energiaekvivalentti, Einsteinin kuuluisan yhtälön E = mc2 mukaisesti.