電子的相互作用、電傳導和熱傳導
相互作用
電子是帶負電粒子，其所產生的電場，會吸引像質子一類的帶正電粒子，也會排斥像電子一類的帶負電粒子，這些現象所涉及的作用力遵守庫侖定律。一群電子在空間中移動的動作會形成電流，安培定律描述電流與電流所產生的磁場彼此之間的關係。這種感應性質給出了驅動電動機的磁場。
根據經典電動力學，一個任意移動的帶電粒子，必須經過一段傳播時間，才能夠將其影響傳播到場位置，在場位置產生對應的推遲勢，稱為李納-維謝勢。這一段時間的長短跟帶電粒子位置、場位置之間的距離有關。任意移動的帶電粒子所產生的電場和磁場，可以從李納-維謝勢求得，也可以用傑斐緬柯方程直接計算出來。應用狹義相對論，也可以推導出同樣的結果。
帶有電量 q 的粒子以速度 V移動於磁B（磁場的方向是從銀幕指向眼睛），該粒子因感受到洛倫茲力的作用而呈現出的可能運動軌道。
移動於磁場的電子，會感受到洛倫茲力的作用。這洛倫茲力垂直於磁場與電子速度兩個矢量所決定的平面，是向心力，促使電子按照螺旋軌道移動於磁場。螺旋軌道的半徑稱為迴轉半徑。由於螺旋運動涉及加速度，電子會發射電磁輻射。對於這過程，非相對論性電子發射的電磁輻射稱為迴旋輻射；而相對論性電子發射的則稱為同步輻射。發射電磁輻射的同時，電子也會感受到一種反衝力，稱為阿布拉罕-洛倫茲-狄拉克力，使得電子的移動速度減緩。阿布拉罕-洛倫茲-狄拉克力，是由電子自身產生的電磁場，施加於自己本身的作用力。
在量子電動力學裡，粒子與粒子之間傳遞電磁相互作用的玻色子是光子。一個不呈加速度運動的孤獨電子，是無法發射或吸收真實光子的。因為，這樣做會違背能量守恆定律和動量守恆定律。然而，虛光子不須遵守這禁忌。虛光子可以擔當傳輸動量於兩個帶電粒子之間的責任。例如，兩個帶電粒子互相交換虛光子這動作，形成了庫侖力。假設，一個移動中的電子，感受到一個帶電粒子（像質子）所產生的電場的庫侖力，而產生偏轉，則電子會因為加速度運動而發射電磁輻射，這稱為軔致輻射。
費曼圖表示電子感受到由光子傳遞的電磁相互作用
康普頓散射是光子與自由電子之間的彈性碰撞。這種碰撞涉及動量和能量的傳輸於兩個粒子之間，會改變光子的波長。改變的波長差值稱為康普頓位移。這差值的最大值，稱為康普頓波長，以方程表達為h/mec；其中，h是普朗克常數，me是電子質量，c是光速。電子的康普頓波長為2.43 × 10^?12 m。對於長波長的光波（例如，可見光的波長域為0.4–0.7 μm），康普頓波長會顯得相當微小，稱這種散射為湯姆孫散射。
一個電子移動於原子核所產生的電場，會被電場的庫侖力偏轉，因而發射軔致輻射。電子的能量的改變 E1-E2，決定了發射光子的頻率。
當電子與正子相互碰撞時，它們會互相湮滅對方，同時生成兩個以上，偶數的伽馬射線光子，以180°相對角度發射出去。假若，可以忽略電子和正子的動量，則這碰撞可能會先形成電子偶素原子，然後再湮滅成為兩個0.511 MeV伽馬射線光子。
逆反過來，高能量光子可以轉變為一個電子和一個正子，這程序稱為成對產生。但是，由於違背了動量守恆定律，單獨光子不可能會發生成對產生。只有在像原子核等等的帶電粒子附近，由於庫侖作用，能量大於1.022 MeV的光子才有可能發生成對產生。
輕子的量子態是由遵守狄拉克方程的狄拉克旋量來表達。狄拉克旋量有四個復值分量，可以用投影算符按照手征性分為左手部分與右手部分。根據弱相互作用理論，電子狄拉克旋量的左手部分會與電中微子狄拉克旋量形成弱同位旋二重態。對於弱相互作用，電中微子的物理行為有點類似電子。二重態的任何一個成員，都可以發射或吸收一個W玻色子，從而轉變為另為一個成員。這過程稱為電性流相互作用。
W玻色子帶有一個單位電荷，這抵消了在遷變時，任何凈電量變化，這過程遵守電荷守恆定律。放射性原子的貝塔衰變現象所涉及的就是電性流相互作用。電子和電中微子可以互相交換Z玻色子，這過程稱為中性流相互作用，中微子-電子彈性散射所涉及的就是中性流相互作用。
原子和分子
原子內部有一個原子核與一群被原子核束縛的電子。由於庫侖力的作用，原子內的電子被原子核吸引與束縛。假若，束縛電子的數目不等於原子核的質子數目，則稱此原子為離子。在原子內，原子軌域描述束縛電子的物理行為。每一個原子軌域都有自己獨特的一組離散的量子數，像主量子數、角量子數和磁量子數。對於原子軌域，主量子數設定能級，角量子數給出軌角動量，而磁量子數則是軌角動量對於某特定軸的（量子化的）投影。根據泡利不相容原理，每一個原子軌域只能被兩個電子佔據，而這兩個電子必須有反對稱的的自旋波函數，一個自旋向上，另一個自旋向下。
處於一個軌域的電子，經過發射或吸收光子的過程，可以躍遷至另外一個軌域。發射或吸收的光子的所涉及的能量必須等於軌域能級的差值。除了這種方法以外，電子也可以借著與它粒子的碰撞，或靠著俄歇效應，躍遷至別的軌域。假若，給予束縛電子的能量大於其束縛能，則這束縛電子可以逃離原子，成為自由電子。例如，在光電效應里，一個能量大於原子電離能的入射光子，被電子吸收，使得電子有足夠的能量逃離原子。
電子的概率密度繪圖。橫排顯示不同的角量子數l ,豎排顯示不同的能級n。
電子的軌角動量是量子化的。由於電子帶有電荷，其軌磁矩與軌角動量成正比。原子的凈磁矩是原子核與每一個電子的軌磁矩和自旋磁矩的總矢量和（欲知道更詳細的資料，請參閱自旋-軌道作用）。但是，與電子的磁矩相比，核磁矩顯得超小，可以忽略。處於同樣軌域的兩個偶電子會互相抵銷對方的自旋磁矩。
原子與原子之間的化學鍵是因為電磁作用而形成的，這物理行為可以用量子力學理論來描述。幾種常見的化學鍵為離子鍵、共價鍵和金屬鍵。在離子化合物里，正離子和負離子會通過靜電作用形成離子鍵。在共價化合物里，原子與原子之間通過共用電子形成共價鍵。在金屬里，自由電子與排列成晶格狀的金屬離子之間的靜電吸引力形成金屬鍵。分子是由多個原子在共價鍵中透過共用電子連接一起而形成。在分子內部，電子的運動會同時感受到幾個原子核的影響。電子佔有分子軌域，就好像在孤獨原子內部佔有原子軌域一樣。在分子結構里，一個很重要的因素是電子偶的存在。電子偶是兩個自旋相反的電子組成；遵守泡利不相容原理，這兩個電子共處於同一個分子軌域，就好像處於同一個原子軌域一樣。不同的分子軌域有不同的電子概率密度分布。例如，共價鍵電子偶（實際連接原子在一起的共價鍵的電子偶）的電子，最常處於原子之間比較小的空間。反過來說，非共價鍵電子偶的電子會分布於環繞著原子核的比較大的空間。
電傳導和熱傳導
假若，一個物體所擁有的電子數量與質子數量不相等，則此物體帶有凈電荷。當電子數量比較多的時候，稱此物體帶有負電；而當電子數量比較少的時候，稱此物體帶有正電；又當電子數量與質子數量相等時，稱此物體為電中性。一個巨觀物體可以通過摩擦而帶有凈電荷，稱此效應為摩擦起電效應。
移動於真空的獨立電子稱為自由電子。自由電子不束縛於原子內。在金屬內的電子的物理行為好似自由電子。實際而言，這些在金屬內的電子是准電子。更仔細而言，它們是准粒子，所擁有的電荷量、自旋、磁矩，與真實電子的等值；但是有效質量不等值。當自由電子移動於金屬或真空時，它們會造成電荷的凈流動，稱為電流。載流導線是載有電流的導線。環繞著載流導線的四周，會生成磁場；而隨著時間而改變的磁場，稱為含時磁場，又會生成電流。這些電磁現象的物理行為，可以用麥克斯韋方程組來描述。
閃電機制涉及電子或離子從雲層向地面流動或從地面向雲層流動。
電導率是表示物質傳輸電流的能力的一種測量值。當施加電壓於導體的兩端時，電子會從低電勢處朝著高電勢處移動，因而產生電流。依照慣例，對於導體，電流的方向與電子移動的方向恰巧相反。銅和金都是優良導體；而玻璃和橡膠則都是不良導體。在電介質里，電子束縛於各自所屬的原子內，電介質的性質就好像絕緣質一樣。金屬物質擁有電子能帶結構，其電子能帶還沒有完全被電子填滿。這些尚未填滿的電子能帶，容許金屬內一些電子的舉止，好似自由電子或離域電子一般，與任何一個原子都沒有連結。當施加電場於金屬時，這些電子可以自由的移動於金屬，就像氣體移動於其容器內一般，稱這些電子為費米氣體。
在導體里，由於電子與原子之間的碰撞，電子的漂移速度大約為每秒幾公分。但是，在導體內部某位置電子密度的變化，傳達到其它位置的速度，稱為傳播速度，通常大約是光速的75%。這是因為電子訊號的傳播類似光波，傳播速度與物質的相對電容率有關。
金屬的熱傳導性良好。主要原因是離域電子可以在原子與原子之間自由的傳輸熱能。但是，與電導率不同的是，熱導率幾乎與溫度無關。維德曼-夫蘭茲定律清楚的闡明這關係：熱導率與電導率的比率跟溫度成正比。金屬晶格因熱能而產生的無序現象，使得物質的電阻率增加，從而造成電導率與溫度有關。
當降低溫度至低於臨界溫度時，物質會發生相變，從一種相態忽然變成另一種相態。假若在這同時，出現電阻變為零的現象，電流可以毫無損耗的流動於物質，則稱此現象為超導現象。BCS理論是解釋這超導現象的量子理論。BCS理論認為，這量子行為可以用庫珀對模型來解釋。庫珀對是處於玻色-愛因斯坦凝聚量子態的成對的電子；它們的運動，通過晶格的振動（稱為聲子），與鄰近原子耦合，因此避免了與原子碰撞的機會。這樣，就不會有電阻出現了。高溫超導現象的運作機制與基礎理論仍舊不清楚。
在固態導體內，電子是准粒子。當將溫度嚴格地控制於接近絕對零度時，電子的物理行為變得好像分裂為另外兩個准粒子，旋子和洞子。旋子擁有自旋和磁矩；而洞子則帶有電荷。
相對論性電子的性質
根據愛因斯坦的狹義相對論，相對於觀測者的參考系，電子的移動速度越快，電子的相對論性質量（總能量）也越大，因而使得電子繼續加速所需要的能量越來越大，在接近光速時，趨向於無窮大。因此電子的移動速度可以接近光波在真空的傳播速度c，但絕不會達到c。
洛倫茲因子與速度的關係線圖。當速度超小於c時，洛倫茲因子大約為1，當速度趨向c 時，洛倫茲因子趨向無限大
光波傳播於像水一類的電介質的速度vL，會明顯地小於c。假設，將相對論性電子（電子的速度接近c）入射於這一類的電介質，則相對論性電子在此電介質內的移動速度，會暫時地大於光波傳播於此電介質的速度vL狹義相對論的效應要視洛倫茲因子的大小而決定。洛倫茲因子γ以方程定義為：
其中，v是粒子的速度。一個電子的動能Ke是:
其中，me是電子的靜質量。
例如，斯坦福直線加速器可以將電子加速到大約51 GeV。由於電子的靜質量大約為0.51 MeV，對應的γ值接近100,000。給予同樣的速度，這電子的相對論性動量γmev是經典力學預測的動量mev的100,000倍。
電子也擁有波動行為，其德布羅意波長λ以方程表達為λ=h/p；其中，h是普朗克常數，p是動量。對於前述的51GeV電子，λ大約為2.4 × 10^?17，這波長的尺寸相當微小，所以，實驗者可以用電子來精密地探測原子核的內部結構。
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