能級交錯的原因是電子的鑽穿效應和屏蔽效應。屏蔽效應是指在原子核附近出現的概率較大的電子，可更多地避免其餘電子的排斥，受到核的較強的吸引而更靠近核，這種進入原子內部空間的作用。

鑽穿效應是指由於其他電子對某一電子的排斥作用而抵消了一部分核電荷對該電子的吸引力，從而引起有效核電荷的降低，削弱了核電荷對該電子的吸引的作用。

　　能級交錯：是指電子層數較大的某些軌道的能量反低於電子層數較小的某些軌道能量的現象。　　舉例：　　過渡元素鈧的外層電子排布為4s^2 ∣3d^1，失去電子時，按能級交錯應先失去3d電子，成為4s^2 ∣ 3d^0，而從原子光譜實驗得知，卻是先失4s上的電子成為4s^1∣3d^1。　　這是由於3d電子的存在，削弱了原子核對4s電子的吸引力而易失去的。過渡元素離子化時，大體是先失去ns電子，但也有先失去(n- 1)d電子的，像釔等。能級交錯的順序不是絕對不變的，在原子序數大的原子中，3d軌道可能比4s軌道的能量低。　　類似於3d,4s的這種原子核外電子在能級上排布發生交錯的現象，稱為能級交錯　　能級交錯規律總結：　　一：電子先填最外層的ns，後填次外層的（n-1）d，甚至填入倒數第三層的（n-2）f的規律叫做能級交錯。　　二：若主量子數n和角量子數l都不同，雖然能量高低基本上由n的大小決定，但有時也會出現高電子層中低亞層（如4s）的能量反而低於某些低電子層中高亞層（如3d）的能量這種現象稱為能級交錯。能級交錯是由於核電荷增加，核對電子的引力增強，各亞層的能量均降低，但各自降低的幅度不同所致。能級交錯對原子中電子的分布有影響。”　　三：能級交錯是指電子層數較大的某些軌道的能量反低於電子層數較小的某些軌道能量的現象。如4s反而比3d的能量小，填充電子時應先充滿4s而後才填入3d軌道。過渡元素鈧的外層電子排布為4s23d1，失去電子時，按能級交錯應先失去3d電子，成為4s23d0，而從原子光譜實驗得知，卻是先失4s上的電子成為4s13d1。這是由於3d電子的存在，削弱了原子核對4s電子的吸引而易失去的。過渡元素離子化時，大體是先失去ns電子，但也有先失去(n-1)d電子的，像釔等。能級交錯的順序不是絕對不變的，在原子序數大的原子中，3d軌道可能比4s軌道的能量低。　　簡單的說，屏蔽效應由於電子相互作用引起的，表現為l相同時，n越大，就是電子離核平均距離越大，勢能越大，軌道能量越高。　　鑽穿效應就是波函數徑向有n-l個峰，n相同時，l越小，峰越多，第一峰也鑽得越深，勢能越低，表現為n相同時，l越大，軌道能量越高。　　當n,l綜合變化時，一般這麼看的：　　對於原子的外層電子，n+0.7l越大，能量越高　　對於離子的外層電子，n+0.4l越大，能量越高　　對於原子或離子的內層電子，n越大，能量越高　　這就造成了各能級的能量大小並不一定是按照n大小來排布的。　　1、主量子數和角量子數之和越大，能量越高　　2、主量子數和角量子數之和相等時，主量子數越大，能量越高　　例如，4s軌道主量子數和角量子數之和為4，3d軌道主量子數和角量子數之和為5，于是4s軌道的能量低於3d軌道的能量；而3d軌道和4p軌道主量子數和角量子數之和均為5，但4p軌道的主量子數更大，于是4p軌道的能量高於3d軌道的能