自然界存在一系列幻数核，即当原子核内的质子数或中子数为2, 8, 20, 28, 50, 82和126时原子核特别稳定。例如，Z >
32并为偶数的稳定核素中，同位素的丰度一般都不大可能超过50%，但是三种属于幻数核的核素的丰度却都在70%以上。又例如，中子数为50、82和126的原子核俘获中子的概率比邻近核素小得多，表明这种核不易再结合一个中子。再例如，幻数核的第一激发态能量约为2 MeV，比邻近核素的要大得多，特别是的第一激发态的能量却为2.61 MeV，是最大的。幻数核的存在，立即使人们想到原子序数等于2, 10, 18, 36, 54, …时元素表现出特别稳定性的情形，原子的壳层结构对此作出了圆满的解释。
原子核的壳层结构模型不仅给出了全部幻数，说明了幻数核的稳定性，而且相当好地解释了大多数原子核基态的自旋和宇称。但是壳层模型也存在一定缺陷，如对核电四极矩的计算值与实验值相差很大，对核能级之间跃迁速率的计算值远低于实验值等。
