Dengan aplikasi dalam kimia dan mekanika kuantum, prinsip pengecualian Pauli berkaitan dengan penempatan elektron dalam atom. Prinsip ini menyatakan bahwa setiap elektron dalam atom harus memiliki bilangan kuantum yang unik. Bilangan kuantum menunjukkan subkulit dan ukuran, penempatan, dan tingkat energi orbital tempat elektron dapat ditemukan, serta spin setiap elektron.
Dalam atom, elektron mengorbit inti. Daerah di mana elektron tertentu menempati ruang disebut orbital, dan orbital dikelompokkan bersama dalam subkulit. Jumlah elektron dalam orbital atau subkulit tertentu ditentukan oleh prinsip eksklusi Pauli yang mengatakan tidak ada dua elektron yang dapat memiliki bilangan kuantum yang identik. Ada empat bilangan kuantum untuk elektron yang, bersama-sama, menyatakan lokasi umum elektron dalam atom tertentu. Bilangan kuantum disebut prinsipal, azimut, magnetik, dan spin.
Bilangan kuantum prinsip menunjukkan tingkat energi dan ukuran orbital tertentu. Energi meningkat ketika orbital elektron menjauh dari nukleus. Bilangan kuantum ini ditunjukkan dengan bilangan bulat. Ketika ilmuwan mencatat posisi elektron dalam atom, bilangan kuantum prinsip adalah hal pertama yang ditulis.
Bilangan kuantum azimut dan magnetik memberikan informasi tentang subkulit orbital. Menunjukkan subkulit yang sebenarnya, azimut menentukan informasi tentang subkulit itu. Magnetik menentukan berapa banyak orbital dalam subkulit tertentu dan menunjukkan di orbital mana elektron berada. Meskipun angka azimut dapat ditunjukkan dengan angka, notasi ilmiahnya ditulis dengan huruf: s, p, d, atau f. Bilangan kuantum magnetik ditunjukkan oleh angka superskrip dalam notasi ilmiah, tetapi terdaftar sebagai nol, atau angka positif atau negatif sebaliknya.
Putaran elektron bisa searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam. Prinsip pengecualian Pauli menyatakan bahwa setiap elektron dalam orbital harus berputar ke arah yang berbeda. Karena hanya ada dua pilihan, hanya dua elektron yang dapat menempati orbital yang sama dan tetap unik. Putaran dilambangkan dengan “1/2” positif atau negatif atau dengan panah yang menunjuk ke atas atau ke bawah.
Prinsip pengecualian Pauli berfungsi sebagai dasar untuk menjelaskan ikatan antara atom, serta aturan dan fenomena ilmiah. Ini memiliki aplikasi dalam Aturan Hund dan Teori Band. Selain itu, ini membantu menentukan kapan dan bagaimana bintang runtuh ke tahap bintang katai putih dan bintang neutron dari keberadaan mereka.