1913 föreslog han Bohr -modellen av atomen, som uppgav att elektroner kretsar runt kärnan i specifika, kvantiserade energinivåer. Han förklarade också att elektroner kunde hoppa mellan dessa energinivåer genom att absorbera eller avge ljusfotoner.
Medan Bohr -modellen har ersatts av mer exakta modeller som den kvantmekaniska modellen, var det ett banbrytande steg i att förstå atomernas struktur och beteende. Bohrs modell var den första som framgångsrikt förklarade linjespektra för väteatomer, en viktig observation som hjälpte till att fastställa förekomsten av kvantiserade energinivåer.