ในการศึกษาฟิสิกส์นิวเคลียร์และเคมีนิวเคลียร์ แบบจำลองชั้นพลังงานของนิวเคลียส คือแบบจำลองของนิวเคลียสอะตอมที่อาศัยหลักการกีดกันของเพาลีเพื่ออธิบายโครงสร้างของนิวเคลียสในรูปของระดับพลังงาน[1] แบบจำลองชั้นพลังงานชุดแรกเสนอขึ้นโดย ดมิทรี อิวาเนนโก (ร่วมกับ E.Gapon) เมื่อปี ค.ศ. 1932 ต่อมามีการพัฒนาแบบจำลองนี้ในปี 1949 โดยเป็นงานวิจัยอิสระของนักฟิสิกส์หลายคน ที่สำคัญได้แก่ ยูจีน พอล วิกเนอร์, Maria Goeppert-Mayer และ J. Hans D. Jensen ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ร่วมกันในปี ค.ศ. 1963แบบจำลองชั้นพลังงานนี้บางส่วนมีความคล้ายคลึงกับแบบจำลองชั้นพลังงานของอะตอม ซึ่งอธิบายการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนในอะตอม ในชั้นพลังงานที่มีอิเล็กตรอนอยู่เต็มจะมีความเสถียรมากกว่า เมื่อเพิ่มนิวคลีออน (โปรตอนหรือนิวตรอน) ให้กับนิวเคลียส จะมีจุดๆ หนึ่งซึ่งพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวคลีออนตัวถัดไปมีค่าน้อยกว่าตัวก่อนหน้าอย่างมาก ผลการสังเกตการณ์นี้เป็นจุดเริ่มต้นของแบบจำลองชั้นพลังงาน ทำให้ทราบถึงเลขมหัศจรรย์ (magic number) ของนิวคลีออน คือ 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 ซึ่งจะผูกมัดแน่นหนากับเลขตัวถัดไปที่มีค่าสูงขึ้น