El nivel energético del estado fundamental electrónico de un átomo de hidrógeno es -13,6 [[electronvoltio|eV]], que equivale a un [[fotón]] [[radiación ultravioleta|ultravioleta]] de, aproximadamente, 92 [[nanómetro|nm]] de [[longitud de onda]].
Los niveles energéticos del hidrógeno pueden calcularse con bastante precisión empleando el modelo atómico de [[Niels Bohr|Bohr]], que considera que el electrón orbita alrededor del protón de forma análoga a la órbita terrestre alrededor del Sol. Sin embargo, la fuerza electromagnética hace que el protón y el electrón se atraigan, de igual modo que los planetas y otros cuerpos celestes se atraen por la fuerza gravitatoria. Debido al carácter discreto (cuantiadocuantizado) del [[momento angular]] postulado en los inicios de la Mecánica Cuántica por Bohr, el electrón en el modelo de Bohr sólo puede orbitar a ciertas distancias permitidas alrededor del portónprotón y, por extensión, con ciertos valores de energía permitidos. Una descripción más precisa del átomo de hidrógeno viene dada mediante un tratamiento puramente mecano - cuántico que emplea la ecuación de onda de Schrödinger o la formulación equivalente de las [[integrales de camino]] de [[Richard Feynman|Feynman]] para calcular la [[función de densidad|densidad de probabilidad]] del electrón. El tratamiento del electrón a través de la [[dualidad onda corpúsculo|hipótesis de De Broglie]] (dualidad onda - partícula) reproduce resultados químicos (tales como la configuración del átomo de hidrógeno) de manera más natural que el modelo de partículas de Bohr, aunque la energía y los resultados espectrales son los mismos. Si en la construcción del modelo se emplea la [[masa reducida]] del núcleo y del electrón (como se haría en el [[Problema de los dos cuerpos|problema de dos cuerpos]] en [[Mecánica clásica|Mecánica Clásica]]), se obtiene una mejor formulación para los espectros del hidrógeno, y los desplazamientos espectrales correctos para el [[deuterio]] y el [[tritio]]. Pequeños ajustes en los niveles energéticos del átomo de hidrógeno, que corresponden a efectos espectrales reales, pueden determinarse usando la Teoría Mecano - Cuántica completa, que corrige los efectos de la [[Teoría de la Relatividad Especial|Relatividad Especial]] (ver [[ecuación de Dirac]]), y computando los efectos cuánticos originados por la producción de partículas virtuales en el vacío y como resultado de los campos eléctricos (ver [[Electrodinámica cuántica|Electrodinámica Cuántica]]).
En el hidrógeno gaseoso, el nivel energético del estado electrónico fundamental está dividido a su vez en otros niveles de [[estructura hiperfina]], originados por el efecto de las interacciones magnéticas producidas entre los [[espín|espines]] del electrón y del protón. La energía del átomo cuando los espines del protón y del electrón están alineados es superior que cuando los espines no lo están. La transición entre esos dos estados puede tener lugar mediante la emisión de un fotón a través de una transición de [[dipolo magnético]]. Los [[radiotelescopio]]s pueden detectar la radiación producida en este proceso, lo que sirve para crear mapas de distribución del hidrógeno en la galaxia.
