Prawdopodobieństwo przebywania elektronu walencyjnego w zrębie zależy od pobocznej liczby kwantowej, dlatego jego energia – w przeciwieństwie do energii atomu wodoru – oprócz głównej liczby kwantowej, zależy także od liczby pobocznej.
| Energia stanu || || gdzie |- | Energia stanu || || gdzie
to prędkość światła, =6,626·10−34 Js (stała Plancka), =1,097·107 m−1 (stała Rydberga), oraz – człony korekcyjne tym większe, im cięższy jest atom (dla atomu wodoru ich wartość wynosi 0) i im mniejsza jest wartość pobocznej liczby kwantowej. (Podobnie jak przy atomie wodoru poboczna liczba kwantowa musi być mniejsza niż główna liczba kwantowa.) Widmo optyczne powstaje w ten sposób, że różnica pomiędzy dwoma poziomami energetycznymi zostaje wypromieniowana w postaci kwantu światła. Podczas badania widma emisyjnego można zauważyć 4 bardziej intensywne, po części zachodzące na siebie ciągi linii: ciąg główny, pierwszy i drugi ciąg poboczny oraz ciąg Bergmanna. Ciągi, z wyjątkiem ciągu głównego, prowadzące do wspólnego poziomu tworzą serie zbieżne do wspólnej granicy.