Gli orbitali sono funzioni matematiche che descrivono il comportamento ondulatorio degli elettroni negli atomi e nelle molecole. Le forme di queste funzioni sono determinate dai numeri quantici, che sono un insieme di quattro numeri che descrivono l'energia, il momento angolare e lo spin dell'elettrone.

Gli orbitali sono spesso rappresentati come nuvole tridimensionali, con la densità elettronica rappresentata dalla luminosità della nuvola. Nelle zone della nube dove la densità elettronica è elevata, c'è una maggiore probabilità di trovare l'elettrone. Le aree in cui la densità elettronica è bassa indicano che lì ci sono meno possibilità di trovare l’elettrone.

La densità elettronica in un orbitale diminuisce con la distanza dal nucleo e la forma di queste nubi può variare considerevolmente. Alcuni orbitali sono sferici, mentre altri sono più allungati o distorti. La forma dell'orbitale e la densità degli elettroni in esso contenuti sono influenzati dal potenziale elettrostatico che circonda il nucleo, nonché dallo stato energetico dell'elettrone.

Gli orbitali sono importanti perché forniscono una rappresentazione visiva della distribuzione degli elettroni negli atomi e nelle molecole, essenziale per comprenderne il comportamento chimico. Ci aiutano a comprendere la struttura elettronica, i legami, le proprietà e la reattività delle sostanze e servono come base per modelli quantomeccanici di sistemi atomici e molecolari.