Elektron tidak mengorbit inti atom seperti planet mengelilingi matahari. Elektron berada dalam orbital, yaitu wilayah ruang angkasa di mana elektron paling mungkin ditemukan. Orbital adalah distribusi probabilitas, bukan lintasan. Bentuk orbital bergantung pada tingkat energi dan subtingkat elektron. Orbital s berbentuk bola. Orbital p berbentuk seperti dumbel. Orbital d dan f lebih kompleks.

Setiap orbital dapat menampung maksimal dua elektron dengan spin berlawanan. Prinsip penge исключения Pauli melarang dua elektron dalam orbital yang sama memiliki spin yang sama. Jumlah orbital dalam suatu subtingkat menentukan berapa banyak elektron yang dapat ditampungnya. Subtingkat s memiliki satu orbital dan menampung dua elektron. Subtingkat p memiliki tiga orbital dan menampung enam elektron. Subtingkat d memiliki lima orbital dan menampung sepuluh elektron. Subtingkat f memiliki tujuh orbital dan menampung empat belas elektron.

Bentuk orbital menentukan bagaimana atom berikatan dan bagaimana molekul terbentuk. Tumpang tindih orbital menciptakan ikatan kovalen. Orientasi orbital menentukan geometri molekul. Energi orbital menentukan warna cahaya yang diserap dan dipancarkan atom. Spektroskopi adalah studi tentang transisi-transisi ini.

Konsep orbital berasal dari mekanika kuantum. Konsep ini dikembangkan oleh Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, dan lainnya pada tahun 1920-an. Konsep ini menggantikan model Bohr tentang orbit tetap. Orbital adalah fungsi matematika, tetapi memiliki makna fisik. Orbital menggambarkan di mana elektron kemungkinan berada.