Az elektronok nem keringenek az atommag körül, mint a bolygók a Nap körül. Orbitálokban léteznek, a tér azon régióiban, ahol az elektron a legnagyobb valószínűséggel található meg. Az orbitál egy valószínűségi eloszlás, nem pedig egy útvonal. Az orbitál alakja az elektron energiaszintjétől és alszintjétől függ. Az s orbitál gömb alakú. A p pályák súlyzó alakúak. A d és f pályák összetettebbek.

Minden pálya maximum két, ellentétes spinű elektront tartalmazhat. A Pauli-elv tiltja, hogy két elektron ugyanazon a pályán azonos spinnel rendelkezzen. Az egy alszintben lévő pályák száma határozza meg, hogy hány elektront tud befogadni. Egy s alszintnek egy pályája van és két elektront tartalmaz. Egy p alszintnek három pályája van és hat elektront tartalmaz. Egy d alszintnek öt pályája van és tíz elektront tartalmaz. Egy f alszintnek hét pályája van és tizennégy elektront tartalmaz.

Az atompályák alakja határozza meg, hogyan kötődnek az atomok és hogyan képződnek a molekulák. Az atompályák átfedése kovalens kötéseket hoz létre. Az atompályák orientációja határozza meg a molekula geometriáját. Az atompályák energiája határozza meg az atomok által elnyelt és kibocsátott fény színét. A spektroszkópia ezeket az átmeneteket vizsgálja.

Az orbita fogalma a kvantummechanikából származik. Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg és mások fejlesztették ki az 1920-as években. Ez váltotta fel a fix pályák Bohr-modelljét. Az orbita egy matematikai függvény, de fizikai jelentéssel is bír. Leírja, hogy hol valószínű az elektron tartózkodási helye.