كمية طاقة محددة ومنفصلة يمكن أن يمتلكها الإلكترون داخل المادة.مستوى الطاقة هو كمية طاقة منفصلة ومكمّاة يمكن للإلكترون (أو أي نظام كمومي آخر) أن يشغلها داخل ذرة أو جزيء أو مادة صلبة. في الذرات، تتواجد الإلكترونات في أغلفة وأغلفة فرعية محددة، والانتقالات بين هذه المستويات تنتج امتصاصًا أو انبعاثًا للفوتونات بترددات مميزة. في المواد الصلبة، تتسع مستويات الطاقة لتشكل نطاقات، وترتيب هذه النطاقات يحدد ما إذا كانت المادة موصلًا أو شبه موصل أو عازلًا.
نشأ المفهوم من نموذج نيلز بور لعام 1913 لذرة الهيدروجين، الذي أدخل المدارات المكمّاة. وعُمّم لاحقًا بواسطة أرنولد سومرفيلد، ثم صيغ رسميًا في ميكانيكا الكم بواسطة إرفين شرودنغر وفيرنر هايزنبرغ في منتصف العشرينيات.
تفرض ميكانيكا الكم أن الإلكترونات المرتبطة لا يمكن أن تمتلك طاقات اعتباطية—فقط قيم معينة تسمح بها الدالة الموجية للنظام وشروط الحدود. مبدأ استبعاد باولي يضمن أن كل مستوى يحمل عددًا محدودًا من الإلكترونات. عندما يمتص الإلكترون فوتونًا بطاقة تساوي تمامًا الفجوة بين مستويين، فإنه يقفز إلى مستوى أعلى؛ وعندما يعود إلى الأسفل، ينبعث فوتون بنفس تلك الطاقة.
تشكل مستويات الطاقة الأساس لليزر، والثنائيات الباعثة للضوء، والخلايا الشمسية، والإلكترونيات شبه الموصلة؛ ويستخدم التحليل الطيفي هذه المستويات لتحديد العناصر في النجوم والمواد.
مستويات الطاقة الدقيقة للهيدروجين هي ما سمح لعلماء الفلك باستنتاج تركيب النجوم البعيدة وحتى قياس تمدد الكون من خلال خطوط الطيف المزاحة نحو الأحمر.