粒子或原子核外壳粒存在粒子本身周期性变换运动和周围场质交换作用。粒子（或壳粒）周围交换能密度随距离粒子愈远愈小，即除以球面积或与r²半径平方成反比，表示交换愈弱，位能愈大。粒子间（根源于涡旋浓缩趋势）交换趋于愈强，位能愈小趋势。这样波函数可解释为粒子（壳粒）本身的周期性变换，而粒子（壳粒）周围场质交换在波动方程中表示为位能，并只能取交换波节所在的位能允许的轨道上运动。因此量子力学的波动方程解的能量只可取允许值的能级，如径量子数、角量子数（或轨道量子数）、磁量子数、自旋量子数等。在三条基本原理基础上所推出的波动方程，可以等价量子力学的波动方程，而意义更为深刻。
单个元素原子质量一定的，其轨道是确定，所辐射光谱线是确定的。但宏观大量元素原子构成气体状态，原子之间不仅质量存在差异，而且运动速度也存在差异，所辐射的光谱是一定宽度的线光谱，液体或固体状态的原子之间交换，原子轨道有所偏离，所辐射的是带光谱。脱离原子的壳粒跃迁到某轨道是任意值，所辐射的是连续光谱。所观察的光谱是大量同元素原子辐射的光谱，并非单一原子光谱，不要把光谱线与单一原子发射（只是谱线上点）混为一谈。可见统计性或测不准关系是宏观量度处理微观粒子所产生现象，正如热运动统计性，也是单一粒子有确定速度、动能等参量的，而大量不规则运动只能取统计平均值情况类似，要准确指定一粒子速度或动能，那只能指出其出现的几率。
太阳所辐射的是连续光谱，又由于太阳周围存在大量氢、氦和其它轻元素，出现被这些元素吸收的暗光谱线。不同元素所辐射的是不同颜色的光线，不同元素组合可生成不同色彩。可见根据不同的需要可以设计不同元素材料的各种各样光源。各种元素原子量平均值和外壳层粒子数及其分布不同，相应于核周围壳粒所处分布的允许轨道也不同。通常壳粒稳定地处于交换倍数较小的里层，在外部作用（如电流）下被激发到较外层允许轨道上运动。但趋匀平衡趋势，又使其往里跃迁而辐射量子。不同元素原子所辐射量子不同，即所发的光谱或光颜色不同。利用这个属性，可以设计制成各种颜色的光源，如霓虹灯各种颜色就是充入不同气体（多半是惰性气体）的结果。
一定元素气体的光谱线是固定的，可以采取石棉沾上化合物、混合物粉进行燃烧或其它方法，使其发射出光线或光谱。从光谱比较分析，可以判别化合物、混合物中所含的元素成份，再通过光谱强弱程度比较分析可以判别元素所含的量大小。实现对各种各样物体所含那些元素成份和份量大小的光谱分析技术。光谱分析是化学分析的重要技术方法之一。
惰性元素最外层分布对称的两个或8个壳粒而不跟其它原子交换的气态材料。材料的元素原子最外壳层只有一个壳粒子为一价元素，元素原子最外壳层只有两个壳粒子为二价元素。平衡对称趋势，使其易失壳粒子，具有金属性。最外层同是一个壳粒的原子量愈大元素，因壳粒离核愈远，愈易失壳粒子，从而金属性愈强。壳粒脱离原子，使其各处于交换不平衡的正反带电的暂时状态，在平衡趋势中移动或逐渐失去带电性。这类材料易从其原子中移出壳粒子，常温下热运动就使其大量壳粒脱离原子核，在物体材料中自由运动，称为导体。物体材料中原子的壳粒极难离开原子核，即使外加很强电场或磁场也难迫使壳粒脱离原子，这类物体称为绝缘体。导电性介于两者之间物体材料为半导体。不同物体原子具有不同磁性，温度或热运动愈低，原子磁性愈处于平衡状态，即磁性愈弱。
壳粒脱离原子易难程度不同的材料各种属性，可以根据需要灵活地设计成各式各样的（电子）器件，以满足电路器件组合产生各种各样电磁性能。如半导体材料硅、锗掺入三价元素杂质可构成缺壳粒的P型半导体，掺入五价元素杂质可构成多余壳粒的N形半导体。两种半导体接触在一起的点或面构成PN结，在接触点或面上N型半导体多余壳粒趋向P型半导体，并形成阻挡层或接触电位差。当P型接正极，N型接负极，N型半导体多余壳粒和PN结上壳粒易往正移动，且阻挡层变薄接触电位差变小，即电阻变小，可形成较大电流；反之当P型接负极，N型接正极，因为P半导体缺壳粒，热运动也难分离出壳粒往正极运动，且阻挡层变厚接触电位差变大，电阻变大，形成较小电流，即具有单向通过电流属性。
有些材料，如惰性气体氦，在低温时形成液体，原子之间靠电磁场质交换成体的，几乎没有热运动，原子核与壳粒总磁性和近零，弱外磁场几乎不起作用，即处于抗磁性状态。一壳粒微小移动带电，立即引起场质交换不平衡性在整个材料中传递，电阻等零，即出现超导体现象。随温度升高或外磁场增强，氦原子开始有了热运动，壳粒只能在能级轨道间移动，是正常电阻的分数，并随热运动增强，电阻分数值愈大，最后恢复正常电阻值，此时也就失去超导性，失去抗磁性。这就是崔琦分数电荷的来源。可见，超导性是某些材料在一定条件下，原子或分子等的粒子间场质可在整个材料所有粒子间实现交换，而不仅只在相邻粒子间实现交换。热运动愈小，粒子周围场质愈易超过相邻粒子间交换，即愈不易让弱外磁场影响其磁性状态，相应粒子抗磁性愈强，所形成的超导性愈强。
化学元素原子通常情况下原子核平均质量与壳粒数目大体成比例的，并处于交换平衡状态，涡旋能级结构使壳粒先占据里层，除氢、氦最轻元素外，元素原子最外层壳粒通常有1个到8个的分布。最外层分布1个壳粒的元素有锂、钠、钾等一价碱金属，最外层分布2个壳粒的元素有铍、镁、钙等二价碱土金属，最外层分布7个壳粒的有氟、氯、溴、碘等负一价卤族元素，最外层存在8个壳粒的元素有氖、氩、氪等惰性气体。包括氦惰性气体原子的最外层壳粒分布对称，不相互作用，不产生化学反应而处于单一原子零价元素的气体状态。
一价的碱金属元素的对称性分布趋势，使其易失一个壳粒，而且原子量愈大最外层壳粒离核愈远，愈易掉失壳粒，即金属性愈强。而七价或负一价的卤族元素的对称性分布趋势，使其易得一个壳粒，而且原子量愈小最外层壳粒离核愈近，得壳粒趋势愈强，即非金属性愈强。当一价元素与负一价元素，如钠与氯原子接触时，钠原子掉失一壳粒刚好为氯原子所得，各处于对称性分布，但它们各自与核处于交换不平衡状态，有再拉回壳粒的趋势，形成了壳粒在原子间交换的分子，这类交换称为异价键（旧称离子键）。又如两氯原子之一出一个壳粒于对方，使一氯原子最外层有8个壳粒对称分布，但两者与其核又处于交换不平衡，平衡对称趋势又有拉回壳粒作用，以达到对称分布，这样两氯原子之间形成公共使用两壳粒交换的分子，称为共价键。
结晶体或金属体主要靠原子之间壳粒交换而成固体状态的，其壳粒交换分别称为结晶键或金属键。金属键的壳粒很易离开原子，并在原子之间移动，热运动愈强，壳粒离开的愈多愈频繁，常处于易生电的导体状态。分子内壳粒交换是价键的本质，不同材料分子内壳粒交换紧密程度不同，使某些化合物分子中元素易另外元素置换，如按程度顺序有K、Na、Ca、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、H、Cu、Hg、Ag、Pt等，前面元素（金属性愈强）易在化合物分子中置换出后面元素（金属性较弱），实现元素置换的化学反应。如水中氢遇到金属钠，钠元素极易将水中氢置换出来生成氢气
2H2O 2Na→2Na(OH) H2
