Gli orbitali atomici sono funzioni matematiche, ottenute dalla soluzione dell'equazione di Schrödinger, che descrivono la probabilità di trovare l'elettrone nelle diverse regioni dello spazio intorno al nucleo. In figura sono mostrati tre tipi di orbitali atomici, relativi a configurazioni elettroniche corrispondenti a diverse energie atomiche. Ciascun orbitale può essere occupato al massimo da due elettroni, come prescritto dal principio di Pauli; perciò gli atomi a più di due elettroni presentano una complicata struttura di orbitali concentrici in successione.