vignette|Structures fines et hyperfines dans l'hydrogène. Le couplage des différents moments cinétiques conduit à la division du niveau d'énergie. Non dessiné à l'échelle. Le moment cinétique de spin électronique, S est couplé au moment cinétique orbital électronique, L, pour former le moment angulaire électronique total , J. Celui-ci est ensuite couplé au moment cinétique de spin nucléaire, I, pour former le moment cinétique total, F. Le terme symbole prend la forme 2S+1L avec les valeurs de L représentées par des lettres (S,P,D ,F ,G,H,... = 0,1,2,3,4,5,...) de sorte que, par exemple, un terme 2P représente un état avec S=1/2 et L=1. L'électron unique dans une sous-couche 1s donne naissance au terme 2S. L = 0 et S = 1/2 ne peuvent se combiner que pour donner J = 1/2. Cela peut à son tour se combiner avec le spin nucléaire, I = 1/2, pour donner le moment cinétique total F = 0, 1. L'électron unique dans une sous-couche 2p donne naissance au terme 2P. L = 1 et S = 1/2 peuvent se combiner pour donner J = 1/2 et J = 3/2. Ceux-ci peuvent se combiner avec le spin nucléaire, I=1/2, pour donner des moments cinétiques totaux F=0,1 et F=1,2 resp Le dédoublement hyperfin de l'état fondamental 2S est à l'origine de la raie d'hydrogène à 21 cm, importante en astronomie. En mécanique quantique, l'interaction spin-orbite (aussi appelée effet spin-orbite ou couplage spin-orbite) qualifie toute interaction entre le spin d'une particule et son mouvement. Le premier et le plus connu des exemples de cette interaction est la production de décalages dans les niveaux d'énergie électroniques (que l'on observe par la séparation des raies spectrales) en raison de l'interaction entre le spin de l'électron et le champ électrique nucléaire dans lequel il se meut. Un effet similaire, dû à la relation entre moment angulaire et la force nucléaire forte, se produit pour les mouvements des protons et neutrons dans le noyau atomique, conduisant à un décalage dans leurs niveaux d'énergie dans le modèle en couches du noyau.