Phân lớp ngoài cùng của nguyên tử flo là $2p^5$ (1e độc thân tại obitan $p_z$). Do không tồn tại phân lớp $2d$ nên flo không thể đạt trạng thái kích thích lên nhiều e độc thân hơn để có hoá trị cao hơn, do đó flo chỉ có hoá trị I.
Nguyên tử flo có độ âm điện cao nhất trong các nguyên tố nên mọi nguyên tử liên kết với flo đều tích điện $\delta^+$, flo $\delta^-$. Do đó số oxi hoá duy nhất của flo là $-1$.