Lorsqu’une coquille est pleine (c’est-à-dire lorsque les nucléons ont épuisé tous les ensembles possibles d’affectations de nombres quantiques), un noyau de stabilité inhabituelle se forme. Ce concept est similaire à celui trouvé dans un atome où un ensemble rempli de nombres quantiques d’électrons donne un atome avec une stabilité inhabituelle un gaz inerte. Lorsque tous les protons ou neutrons d’un noyau sont dans des coquilles remplies, le nombre de protons ou de neutrons est appelé un « nombre magique. »Certains des nombres magiques sont 2, 8, 20, 28, 50, 82, et 126. Par exemple, 116Sn a un nombre magique de protons (50) et 54Fe a un nombre magique de neutrons (28). Certains noyaux, par exemple 40Ca et 208Pb, ont des nombres magiques de protons et de neutrons; ces noyaux ont une stabilité exceptionnelle et sont appelés « doublement magiques. »Les nombres magiques sont indiqués sur la carte des nucléides.
Les coquilles remplies ont un moment angulaire total, J, égal à zéro. Le nucléon ajouté suivant (un nucléon de valence) détermine le J du nouvel état fondamental. Lorsque des nucléons (seuls ou par paires) sont excités hors de l’état fondamental, ils modifient le moment angulaire du noyau ainsi que ses nombres quantiques de parité et de projection d’isospines. Le modèle shell décrit la quantité d’énergie nécessaire pour déplacer les nucléons d’une orbite à une autre et comment les nombres quantiques changent. La figure ci-dessus montre un diagramme d’énergie des deux coquilles remplies de l’état fondamental de 12C. La promotion d’un nucléon ou d’une paire de nucléons dans une coquille non remplie place le noyau dans l’un des états excités.