Wenn eine Schale voll ist (das heißt, wenn die Nukleonen alle möglichen Mengen von Quantennummernzuweisungen aufgebraucht haben), bildet sich ein Kern von ungewöhnlicher Stabilität. Dieses Konzept ähnelt dem eines Atoms, bei dem ein gefüllter Satz von Elektronenquantenzahlen zu einem Atom mit ungewöhnlicher Stabilität führt einem Inertgas. Wenn sich alle Protonen oder Neutronen in einem Kern in gefüllten Schalen befinden, wird die Anzahl der Protonen oder Neutronen als „magische Zahl“ bezeichnet.“ Einige der magischen Zahlen sind 2, 8, 20, 28, 50, 82, und 126. Zum Beispiel hat 116Sn eine magische Anzahl von Protonen (50) und 54Fe hat eine magische Anzahl von Neutronen (28). Einige Kerne, zum Beispiel 40Ca und 208Pb, haben magische Zahlen von Protonen und Neutronen; Diese Kerne haben eine außergewöhnliche Stabilität und werden als „doppelt magisch“ bezeichnet.“ Magische Zahlen sind auf dem Diagramm der Nuklide angegeben.
Gefüllte Schalen haben einen Gesamtdrehimpuls J gleich Null. Das nächste hinzugefügte Nukleon (ein Valenznukleon) bestimmt das J des neuen Grundzustands. Wenn Nukleonen (einzeln oder paarweise) aus dem Grundzustand angeregt werden, verändern sie den Drehimpuls des Kerns sowie seine Parität und isospinale Quantenzahlen. Das Schalenmodell beschreibt, wie viel Energie benötigt wird, um Nukleonen von einer Umlaufbahn in eine andere zu bewegen und wie sich die Quantenzahlen ändern. Die obige Abbildung zeigt ein Energiediagramm der beiden gefüllten Schalen des Grundzustands von 12C. Die Förderung eines Nukleons oder eines Nukleonenpaares zu einer ungefüllten Schale versetzt den Kern in einen der angeregten Zustände.