s軌道ないしはp軌道電子においては、主量子数の小さい軌道は大きい軌道を超えて外側に殆ど分布しないのに対して、d軌道ないしはf軌道電子はより主量子数が大きいs軌道、p軌道の内側も外側に分布する。この性質は遷移元素の特徴に大きく影響を与えている。
d軌道ないしはf軌道電子がs軌道の外側に分布するということは、s軌道電子の核電荷遮蔽の効果が弱いことを意味している。その為にd軌道ないしはf軌道が閉核でない元素ではs軌道準位が主量子数が小さいd軌道あるいはf軌道よりも低くなる。この効果により、遷移元素では原子番号の増加に対して、s軌道よりもエネルギー準位の高いd軌道やf軌道が変化することになる[4]。
d軌道ないしはf軌道の外部にも広く分布する電子が多数存在するという性質は、金属結合に関与しうる電子が多いということも意味する。その多数の電子が結合力を増大させる為に遷移金属では典型元素金属に比べて融点が高いものが多く、とりうる酸化数も多数存在することになる。
遷移元素においては第4・第5周期はd軌道に電子が存在するが、第6・第7周期にはd軌道とf軌道に電子が存在することになる。このことは、ランタノイド系列やアクチノイド系列が存在するという理由以上には電子配置や核遮蔽による準位への影響度合いが第4・第5周期の場合と第6・第7周期の場合とでは異なることを意味する。したがって、典型元素では同じ族の元素の性質が似通っていたのに対して、遷移元素においては第4・第5周期と第6・第7周期とでは性質が異なる場合もしばしば見られる。
むしろ同じ周期であればs軌道電子の構造が等しい隣接する族と性質が似かよう面も多く、三組元素の鉄族元素や白金族元素のように同じ属だけではなく、同じ周期でも区分される場合もある。
遷移元素は全て金属元素であるが、d軌道またはf軌道など内殻に空位の軌道を持つため、典型元素の金属とは異なる化学的性質を持つ。そのため、これら金属元素は「遷移金属」とも呼ばれる。
例えば、内殻のd軌道に安定な不対電子を持ことが可能ため、遷移金属の多くは常磁性であったり、複数の酸化数をとることが容易である。あるいはd軌道はさまざまな配位子と結合して、同じ元素でも多様な錯体を形成する。
一方、内殻軌道が閉殻の亜鉛、カドミウム、水銀（亜鉛族元素）は電子配置も化学的性質も典型元素の金属に近いので遷移元素とはされない。
第一遷移元素（3d遷移元素）元素記号元素名電子配位（基底状態、中性原子）
Scスカンジウム3d4s2
Tiチタン3d24s2
Vバナジウム3d34s2
Crクロム3d54s
Mnマンガン3d54s2
Fe鉄3d64s2
Coコバルト3d74s2
Niニッケル3d84s2
Cu銅3d104s
(Zn亜鉛3d104s2
第二遷移元素（4d遷移元素）元素記号元素名電子配位（基底状態、中性原子）
Yイットリウム4d15s2
Zrジルコニウム4d25s2
Nbニオブ4d45s1
Moモリブデン4d55s1
Tcテクネチウム4d55s2
Ruルテニウム4d75s1
Rhロジウム4d85s1
Pdパラジウム4d10
Ag銀4d105s1
(Cdカドミウム4d105s2
第三遷移元素は、ランタン(La)から金(Au)までの元素をいう[1][5]。
第三遷移元素（4f遷移元素）元素記号元素名電子配位（基底状態、中性原子）
Laランタン5d16s2
Ceセリウム4f15d16s2
Prプラセオジム4f36s2
Ndネオジム4f46s2
Pmプロメチウム4f56s2
Smサマリウム4f66s2
Euユウロピウム4f76s2
Gdガドリニウム4f75d16s2
Tbテルビウム4f96s2
Dyジスプロシウム4f106s2
Hoホルミウム4f116s2
Erエルビウム4f126s2
Tmツリウム4f136s2
Ybイッテルビウム4f146s2
Luルテチウム4f145d16s2
Hfハフニウム4f145d26s2
Taタンタル4f145d36s2
Wタングステン4f145d46s2
Reレニウム4f145d56s2
Osオスミウム4f145d66s2
Irイリジウム4f145d76s2
Pt白金4f145d96s1
Au金4f145d106s1
第四遷移元素は、アクチニウムからレントゲニウムまでの元素をいう[1][5]。
遷移金属とも呼ばれるように、遷移元素は単体では良導体であるが、酸化物になると配位数や格子間距離などに応じて、様々な電気的特性を示す。
例えば PrNiO3 や NdNiO3 は低温では絶縁体であるが、室温になると金属になる。これらは典型的なモット絶縁体であり、低温では価電子がNiサイトに局在している。しかし、温度が上昇するとPr、Ndのイオン半径が増加するため、結晶構造に歪みが生じる。