Τα ηλεκτρόνια δεν περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα όπως οι πλανήτες γύρω από τον ήλιο. Υπάρχουν σε τροχιακά, περιοχές του χώρου όπου είναι πιο πιθανό να βρεθεί το ηλεκτρόνιο. Ένα τροχιακό είναι μια κατανομή πιθανότητας, όχι μια διαδρομή. Το σχήμα ενός τροχιακού εξαρτάται από το ενεργειακό επίπεδο και το υποεπίπεδο του ηλεκτρονίου. Το τροχιακό s είναι σφαιρικό. Τα τροχιακά p έχουν σχήμα αλτήρα. Τα τροχιακά d και f είναι πιο σύνθετα.

Κάθε τροχιακό περιέχει το πολύ δύο ηλεκτρόνια με αντίθετα σπιν. Η αρχή αποκλεισμού του Pauli απαγορεύει σε δύο ηλεκτρόνια στο ίδιο τροχιακό να έχουν το ίδιο σπιν. Ο αριθμός των τροχιακών σε ένα υποεπίπεδο καθορίζει πόσα ηλεκτρόνια μπορεί να περιέχει. Ένα υποεπίπεδο s έχει ένα τροχιακό και περιέχει δύο ηλεκτρόνια. Ένα υποεπίπεδο p έχει τρία τροχιακά και περιέχει έξι. Ένα υποεπίπεδο d έχει πέντε τροχιακά και περιέχει δέκα. Ένα υποεπίπεδο f έχει επτά τροχιακά και περιέχει δεκατέσσερα.

Τα σχήματα των τροχιακών καθορίζουν τον τρόπο με τον οποίο συνδέονται τα άτομα και τον τρόπο σχηματισμού των μορίων. Η επικάλυψη των τροχιακών δημιουργεί ομοιοπολικούς δεσμούς. Ο προσανατολισμός των τροχιακών καθορίζει τη μοριακή γεωμετρία. Η ενέργεια των τροχιακών καθορίζει τα χρώματα του φωτός που απορροφούν και εκπέμπουν τα άτομα. Η φασματοσκοπία είναι η μελέτη αυτών των μεταβάσεων.

Η έννοια του τροχιακού προέρχεται από την κβαντομηχανική. Αναπτύχθηκε από τους Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg και άλλους τη δεκαετία του 1920. Αντικατέστησε το μοντέλο Bohr των σταθερών τροχιών. Το τροχιακό είναι μια μαθηματική συνάρτηση, αλλά έχει φυσική σημασία. Περιγράφει πού είναι πιθανό να βρίσκεται το ηλεκτρόνιο.