Gli orbitali sono le regioni dello spazio intorno al nucleo in cui è massima la probabilità di trovare gli elettroni atomici. Sono descritti da funzioni matematiche chiamate funzioni d'onda, che si trovano come soluzioni dell'equazione di Schrödinger, l'equazione che sintetizza in forma matematica tutte le nostre conoscenze sull'atomo. Un elettrone trova collocazione in orbitali di forma e dimensioni diverse a seconda dell'energia e del momento angolare che possiede. Il modello degli orbitali atomici trova conferma in numerosi esperimenti, e in particolare in un'immagine reale di un orbitale p, ottenuta con un microscopio elettronico a effetto tunnel.