電子（英語：electron）是一種帶有負電的亞原子粒子，通常標記為e^-。
電子屬於輕子類，以重力、電磁力和弱核力與其它粒子交互作用。輕子是構成物質的基本粒子之一，即其無法被分解為更小的粒子。
電子帶有1/2自旋，是一種費米子。
因此，根據包立不相容原理，任何兩個電子都不能處於同樣的狀態。
電子的反粒子是正子，其質量、自旋、帶電量大小都與電子相同，但是電量正負性與電子相反。
電子與正子會因碰撞而互相湮滅，在這過程中，創生一對以上的光子。
由電子與中子、質子所組成的原子，是物質的基本單位。
相對於中子和質子所組成的原子核，電子的質量顯得極小。
質子的質量大約是電子質量的1842倍。當原子的電子數與質子數不等時，原子會帶電；稱這原子為離子。
當原子得到額外的電子時，它帶有負電，叫陰離子，失去電子時，它帶有正電，叫陽離子。
若物體帶有的電子多於或少於原子核的電量，導致正負電量不平衡時，稱該物體帶靜電。
當正負電量平衡時，稱物體的電性為電中性。靜電在日常生活中有很多用途，
例如，靜電油漆系統能夠將瓷漆或聚氨酯漆，均勻地噴灑於物品表面。
電子與質子之間的吸引性庫侖力，使得電子被束縛於原子，稱此電子為束縛電子。
兩個以上的原子，會交換或分享它們的束縛電子，這是化學鍵的主要成因。
當電子脫離原子核的束縛，能夠自由移動時，則改稱此電子為自由電子。
許多自由電子一起移動所產生的淨流動現象稱為電流。
在許多物理現象裏，像電傳導、磁性或熱傳導，電子都扮演了機要的角色。
移動的電子會產生磁場，也會被外磁場偏轉。呈加速度運動的電子會發射電磁輻射。
根據大爆炸理論，宇宙現在所存在的電子，大部份都是創生於大爆炸事件。
但是，有一小部份是因為放射性物質的β衰變或高能量碰撞而創生的。例如，當宇宙線進入大氣層時遇到的碰撞。
在另一方面，許多電子會因為與正子相碰撞而互相湮滅，或者，會在恆星內部製造新原子核的恆星核合成過程中被吸收。
歷史
早在古希臘時期，人們就發現摩擦過的琥珀（古希臘語："ēlektron"）能吸引輕小物體，他們稱這種現象為電（electricity）。
在中國，古人王充所著書籍《論衡》（約公元一世紀，即東漢時期）中有關於靜電的記載：
「頓牟掇芥」，頓牟就是琥珀，當琥珀經摩擦後，即能吸引像草芥一類的輕小物體。但古文對於電並沒有更深入的了解。
探索與發現 (節錄)
約瑟夫·湯姆森，電子的發現者。
1895年，讓·佩蘭發現陰極射線能夠使真空管中的金屬物體帶上負電荷，支持了克魯克斯的理論。
1897年，劍橋大學卡文迪許實驗室的約瑟夫·湯姆森重做了赫茲的實驗。
使用真空度更高的真空管和更強的電場，他觀察出陰極射線的偏轉，
並計算出了陰極射線粒子（電子）的電荷質量比，因此獲得了1906年的諾貝爾物理學獎。
湯姆森採用1891年喬治·斯托尼所起的名字——電子來稱呼這種粒子。
至此，電子做為人類發現的第一個亞原子粒子和打開原子世界的大門被湯姆森發現了。
於1896年，在研究天然發螢光礦石的時候，法國物理學家亨利·貝克勒發現，不需要施加外能源，這些礦石就會自然地發射輻射。
這些放射性物質引起許多科學家的興趣，包括發現這些放射性物質會發射粒子的紐西蘭物理學家歐尼斯特·拉塞福。
按照這些粒子穿透物質的能力，拉塞福替這些粒子分別取名為阿伐粒子和貝他粒子
（「阿伐」是希臘字母的第一個字母「α」，「貝他」是第二個字母「β」）。
於1900年，貝克勒發現，鐳元素發射出的貝他射線，會被電場偏轉；還有，貝他射線和陰極射線都有同樣的電荷質量比。
這些證據使得物理學家更強烈地認為電子本是原子的一部分，貝他射線就是陰極射線。
原子理論
當一個電子從能級較高的量子態，躍遷至能級較低的量子態時，會發射一個光子；
這光子的能量等於兩個量子態的能級差額。
在不同的時代，人們對電子在原子中的存在方式有過各種不同的推測。
最早的原子模型是湯姆森的梅子布丁模型。
發表於1904年，湯姆森認為電子在原子中均勻排列，就像帶正電布丁中的帶負電梅子一樣。
1909年，著名的拉塞福散射實驗徹底地推翻了這模型。
拉塞福根據他的實驗結果，於1911年，設計出拉塞福模型。
在這模型裏，原子的絕大部分質量都集中於小小的原子核，原子的絕大部分都是真空。
而電子則像行星圍繞太陽運轉一樣圍繞著原子核運轉。
這一模型對後世產生了巨大影響，直到現在，許多高科技組織和單位仍然使用電子圍繞著原子核的原子圖像來代表自己。
在古典力學的框架之下，行星軌道模型有一個嚴重的問題不能解釋：
呈加速度運動的電子會產生電磁波，而產生電磁波就要消耗能量；
最終，耗盡能量的電子將會一頭撞上原子核（就像能量耗盡的人造衛星最終會進入地球大氣層）。
於1913年，尼爾斯·波耳提出了波耳模型。
在這模型中，電子運動於原子的某一特定的軌域。距離原子核越遠，軌域的能量就越高。
當電子從距離原子核更遠的軌域，躍遷到距離原子核更近的軌域時，會以光子的形式釋放出能量。
相反的，從低能級軌域躍遷到高能級軌域則會吸收能量。藉著這些量子化軌域，波耳正確地計算出氫原子光譜。
但是，使用波耳模型，並不能夠解釋譜線的相對強度，也無法計算出更複雜原子的光譜。
這些難題，尚待後來量子力學的解釋。
1916年，美國物理化學家吉爾伯特·路易斯成功地解釋了原子與原子之間的交互作用。
他建議兩個原子之間一對共用的電子，稱為電子對，形成了共價鍵。
於1923年，沃爾特·海特勒和弗里茨·倫敦應用量子力學理論，完整地解釋清楚電子對產生和化學鍵形成的原因。
於1919年，歐文·朗繆爾將路易斯的立方原子模型加以發揮，建議所有電子都分佈於一層層同心的（接近同心的）、等厚度的球形殼。
他又將這些球形殼分為幾個部分，每一個部分都含有一對電子。
使用這模型，他能夠解釋週期表內每一個元素的週期性化學性質。
1924年，奧地利物理學家沃爾夫岡·包立用一組參數來解釋原子的殼層結構。
這一組的四個參數，決定了電子的量子態。每一個量子態只能容許一個電子佔有。
（這禁止多於一個電子佔有同樣的量子態的規則，稱為包立不相容原理）。
這一組參數的前三個參數分別為主量子數、角量子數和磁量子數。第四個參數只能有兩種選擇。
於1925年，荷蘭物理學家撒姆爾·高斯密特和喬治·烏倫貝克提出了第四個參數所代表的物理機制。
他們認為電子，除了運動軌域的角動量以外，可能會擁有內在的角動量，稱為自旋；
這性質可以用來解釋先前在實驗裡，用高解析度光譜儀觀測到的神秘的精細結構分裂，即原子譜線從先前的一條線分裂成數條線。
量子力學
1924年，法國物理學家路易·德布羅意在他的博士論文《量子理論研究》（《Recherches sur la théorie des quanta》）裏，
提出了德布羅意假說，假設所有物質都擁有類似光波的波動性質。
按照這假設，給予適當的條件，電子和其它物質會顯示出波動的性質。
假若，物理實驗能夠顯示出，隨著時間演化，物體移動於空間軌道的局域位置，則這實驗明確地顯示了粒子性質。
假若，物理實驗能夠顯示出，粒子通過狹縫後，會產生干涉圖樣於偵測屏障，則這實驗明確地顯示了波動性質。
1927年，英國物理學家喬治·湯姆森用金屬薄膜，美國物理學家柯林頓·戴維森和雷斯特·革末用鎳晶體，分別將電子的干涉效應顯示於偵測屏障。
在量子力學裡，束縛於原子內部的電子的物理行為可以用原子軌域來描述，這軌域並不是軌道，而是機率幅。
機率分佈是機率幅絕對值的平方。
此圖顯示1s原子軌域。某位置的色彩濃淡表示電子處於那位置的相對機率。
德布羅意的 博士論文給予埃爾溫·薛丁格莫大的啟示：
既然粒子具有波動性，那必定有一個波動方程式，能夠完全地描述這粒子的波動行為。
1926年，薛丁格提出了薛丁格方程式。這波動方程式能夠描述電子的波動行為。
它並不能命定性地給出電子的明確運動軌道，電子在任意時間的位置。
但是，它可以計算出電子處於某位置的機率，也就是說，在某位置找到電子的機率。
薛丁格用自己想出的方程式來計算氫原子的譜線，得到了與用波耳模型的預測雷同的答案。
再進一步將電子的自旋和幾個電子的互相作用納入考量，
薛丁格方程式也能夠給出電子在其它原子序較高的原子內的電子組態。
薛丁格的點子，為量子力學創立了一個嶄新的發展平台。
1928年，保羅·狄拉克發表了狄拉克方程式。這公式能夠描述相對論性電子的物理行為。
相對論性電子是移動速度接近光速的電子。
為了要解釋狄拉克方程式的自由電子解所遇到的反常的負能量態問題，狄拉克提出了一個真空模型，稱為狄拉克之海，
即真空是擠滿了具有負能量的粒子的無限海。因此，他預言宇宙中存在有正子（電子的反物質搭配）。
1932年，卡爾·安德森在宇宙射線實驗中首先證實了正子的存在。
1947年，威利斯·蘭姆在與研究生羅伯特·雷瑟福（Robert Retherford）合作的實驗中，
發現氫原子的某些應該不會有能量差值的簡併態，竟然出現很小的能量差值。這現象稱為蘭姆位移。
大約同年代，波利卡普·庫施和亨利·福立在共同完成的一個實驗中，發現電子的異常磁矩，
即電子的磁矩比狄拉克理論的預估稍微大一點。
為了解釋這些現象，朝永振一郎、朱利安·施溫格和理察·費曼，於1940年代，創建了量子電動力學。
粒子加速器
二十世紀的前半世紀，粒子加速器運作所需的理論與設備都已發展成熟。
物理學家已經準備好更進一步地研究亞原子粒子的性質。
1942年，唐納德·克斯特首先成功地使用電磁感應將電子加速至高能量。
在他領導下，貝他加速器最初的能量達到2.3百萬電子伏（MeV）；後來，能量更達到300M eV。
1947年，在通用電器實驗室，使用一台70M eV電子同步加速器，物理學家發現了同步輻射，
即移動於磁場的相對論性電子因為加速度而發射的輻射。
1968年，第一座粒子束能量高達1.5吉電子伏（GeV），名為大儲存環對撞機的粒子對撞機，在義大利的核子物理國家研究院開始運作。
這座對撞機能夠將電子和正子反方向地分別加速。
與用電子碰撞一個靜止標靶相比較，這方法能夠有效地使碰撞能量增加一倍。
從1989年運行到2000年，位於瑞士日內瓦近郊的歐洲核子研究組織的大型電子正子對撞機，能夠實現高達209 G eV的碰撞能量。
這對撞機曾經完成多項實驗，對於考練與核對粒子物理學的標準模型的正確性有很大的貢獻。
物理特性
在粒子物理學裏，根據標準模型，電子屬於亞原子粒子中的輕子類。
電子是基本粒子。在所有帶電的輕子中，電子的質量最小，屬於第一代基本粒子。
緲子和濤子分別為第二代和第三代的輕子。
它們的電荷量、自旋和基本交互作用，都與電子相同；質量都大於電子。
輕子與夸克的主要不同點是輕子不以強核力與其它粒子交互作用。輕子的自旋是半奇數。
凡是自旋為半奇數的粒子都是費米子。所以，輕子是費米子。電子的自旋是1/2。
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。
根據包立不相容原理，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，電子也可以藉著與它粒子的碰撞，或靠著奧杰效應，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，在光電效應裏，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。
原子的淨磁矩是原子核與每一個電子的軌磁矩和自旋磁矩的總向量和（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。在離子化合物裏，正離子和負離子會通過靜電作用形成離子鍵。
在共價化合物裏，原子與原子之間通過共用電子形成共價鍵。
在金屬裏，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。
在分子結構裏，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；遵守包立不相容原理，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機率密度分佈。
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佈於環繞著原子核的比較大的空間。
電子天文學理論
高能量光子能夠與原子核的庫侖場交互作用，從而創生電子和正子。這過程稱為電子正子成對產生。
在眾多解釋宇宙早期演化的理論中，大爆炸理論是比較能夠被物理學界廣泛接受的科學理論。
在大爆炸的最初幾秒鐘時間，溫度遠遠高過100億K。
那時，光子的平均能量超過1.022 M eV很多，有足夠的能量來創生電子和正子對。
同時，電子和正子對也在大規模地相互湮滅對方，並且發射高能量光子。
在這短暫的宇宙演化階段，電子，正子和光子努力地維持著微妙的平衡。
但是，因為宇宙正在快速地膨脹中，溫度持續轉涼，在10秒鐘時候，溫度已降到30億K，
低於電子-正子創生過程的溫度底限100億K。
因此，光子不再具有足夠的能量來創生電子和正子對，大規模的電子-正子創生事件不再發生。
可是，電子和正子還是繼續不段地相互湮滅對方，發射高能量光子。
由於某些尚未確定的因素，在輕子創生過程中，創生的電子多於正子。
否則，假若電子數量與正子數量相等，現在就沒有電子了！
大約每10億個電子中，會有一個電子經歷了湮滅過程而存留下來。
不只這樣，由於一種稱為重子不對稱性的狀況，質子的數目也多過反質子。
很巧地，電子存留的數目跟質子多過反質子的數目正好相等。因此，宇宙淨電荷量為零，呈電中性。
假若溫度高於10億K，任何質子和中子結合而形成的重氫，會立刻被高能量光子光解。
在大爆炸後100秒鐘，溫度已經低於10億K，質子和中子結合而成的重氫，不再會被高能量光子光解，
存留的質子和中子開始互相參予反應，形成各種氫的同位素和氦的同位素，和微量的鋰和鈹。
這過程稱為太初核合成。
在大約1000秒鐘時，溫度降到低於4億K。
核子與核子之間，不再能靠著高速度隨機碰撞的機制，克服庫侖障壁，互相接近，產生核融合。
因此，太初核合成過程無法進行，太初核合成階段大致結束。
任何剩餘的中子，會因為半衰期大約為614秒的負貝他衰變，轉變為質子，同時釋出一個電子和一個反電微中子：
在以後的377,000年期間，電子的能量仍舊太高，無法與原子核結合。
在這時期之後，隨著宇宙逐漸地降溫，原子核開始束縛電子，形成中性的原子。
這過程稱為復合。在這相當快的復合過程時期之後，大多數的原子都成為中性，光子不再會很容易地與物質交互作用。
光子也可以自由地移動於透明的宇宙。
大爆炸的一百萬年之後，第一代恆星開始形成。
在恆星內部，恆星核合成過程的各種核融合，會造成正子的創生（參閱質子-質子鏈反應和碳氮氧循環）。
這些正子立刻會與電子互相湮滅，同時釋放伽瑪射線。結果是電子數目穩定地遞減，跟中子數目對應地增加。
恆星演化過程會合成各種各樣的放射性同位素。
有些同位素隨後會經歷負貝他衰變，同時發射出一個電子和一個反電微中子結果是電子數目增加，跟中子數目對應地減少。
例如，鈷-60（60C o）同位素會因衰變而形成鎳-60。
質量超過20太陽質量的恆星，在它生命的終點，會經歷到重力坍縮，因而變成一個黑洞。
按照相對論理論，黑洞所具有的超強重力，足可阻止任何物體逃離，甚至電磁輻射也無法逃離。
但是，物理學家認為，量子力學效應可能會允許電子和正子創生於黑洞的事件視界，因而使得黑洞發射出霍金輻射，。
當一對虛粒子，像正子-電子虛偶，創生於事件視界或其鄰近區域時，這些虛粒子的隨機空間分佈，
可能會使得其中一個虛粒子，出現於事件視界的外部。
這過程稱為量子穿隧效應。
黑洞的重力勢會供給能量，使得這虛粒子轉變為真實粒子，輻射逃離黑洞。
這輻射程序稱為霍金輻射。在另一方面，這程序的代價是，虛偶的另一位成員得到了負能量。
這會使得黑洞淨損失一些質能。霍金輻射的發射率與黑洞質量成反比；質量越小，發射率越大。
這樣，黑洞會越來越快地蒸發。在最後的0.1秒，超大的發射率可以類比於一個大爆炸。
宇宙線是遨遊於太空的高能量粒子。物理學者曾經測量到能量高達3.0 × 1020 eV的粒子。
當這些粒子進入地球的大氣層，與大氣層的核子發生碰撞時，會創生一射叢的粒子，包括π介子。
緲子是一種輕子，是由π介子在高層大氣衰變而產生的。在地球表面觀測到的宇宙線，超過半數是緲子。
半衰期為2.2微秒的緲子會因衰變而產生一個電子或正子。
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