基本性質
從量子力學觀點來看，電子可以出現在原子內任何位置上。也就是說，外層電子可以鑽人內部殼層而更靠近原子核，從而削弱了內層電子的禁止效用，相對增加了原子的有效核電荷，使得原子軌道的能級降低，這種現象稱為鑽穿效應。鑽穿效應越大，意味著電子可以出現在離核近一些的區域，電子的能量越低。
定性判斷
鑽穿效應的大小可以根據核外電子云的徑向分布函式進行定性判斷：
主量子數n相同而角量子數l不同的軌道，能級的順序是：E<E<E<E，這種現象叫作能級分裂。這是因為主量子數相同的各態中，s態峰的數目最多，它的分布特點是：主峰離核最遠，小峰靠核最近，隨著核電荷的增加，最靠近核的小峰在能量上的作用越來越明顯。這一方面是小峰所代表的電子云有效地避開其他電子的禁止，作廂在小峰上的有效核電荷大；另一方面，小峰所代表的電子云離核近。兩個因素都使電子和原子核的相互作用能增加，對該軌道的能級降低影響較大。
對於n和l都不同的軌道，n值大的電子亞層能級反而比n值小的電子亞層能級低，例如E<E，這種現象稱為能級交錯。、能級交錯也可以用鑽穿效應來說明，通過把4s和3d的徑向分布函式圖進行比較可以看出（如下圖）：
4s和3d的徑向分布函式4s最大峰雖然比3d離核要遠，但是它有小峰很靠近核。因此，4s比3d鑽穿能力要大。4s和3d的徑向分布函式圖時也更好地迴避其他電子的禁止。結果4s電子雖然主量子數較3d大，但角量子數小，鑽穿效應大，使得4s軌道能級低於3d軌道的能級，即E4s<E3d。其他能級次序的不規則排列，如E<E，E<E< E，大體上都可以用同樣的原因予以說明。
