При изображении энергетических уровней на схеме шкалу энергии располагают вертикально, а сами уровни обозначают справа от этой шкалы горизонтальными отрезками. На рис. 27.4 схематически изображены три энергетических уровня.
Если считать энергию свободного (удаленного от ядра на большое расстояние) покоящегося электрона равной нулю, то энергетические уровни связанных электронов (движущихся около ядра) должны соответствовать отрицательным значениям энергии. Объясним почему.
Чтобы оторвать электрон от ядра, надо совершить положительную работу, потому что электрон притягивается к ядру. Следовательно, для удаления электрона от ядра надо увеличить его энергию. После этого увеличения энергии электрон станет свободным, и если он будет покоиться, его энергия будет равна нулю. Значит, энергия электрона «до отрывания», то есть энергия связанного электрона меньше нуля.
На рис. 27.5 в качестве примера изображен нулевой уровень энергии, соответствующий свободному электрону, а также уровень, соответствующий минимально возможной энергии электрона в атоме водорода (
).
Чтобы «оторвать» электрон от ядра атома водорода, находящегося в основном состоянии, то есть превратить этот атом в положительно заряженный ион, необходимо сообщить электрону энергию, равную 
Поэтому ее называют энергией ионизации атома водорода.