在化學中，軌道雜化（或雜交）是混合原子軌道的概念，以形成新的雜交軌道（具有與組成原子軌道不同的能量、形狀等），適合電子配對形成價鍵理論的化學鍵。例如，在一個形成四個單鍵的碳原子中，價殼s軌道與三個價殼p軌道結合，形成四個等價的sp3混合物，在碳周圍呈四面體排列，與四個不同的原子結合。混合軌道在解釋分子幾何學和原子結合特性時很有用，并且在空間中是對稱排列的。通常混合軌道是由能量相當的原子軌道混合形成的。

軌道是分子內電子行為的一種模型表示。在簡單雜化的情況下，這種近似是以原子軌道為基礎的，類似于氫原子的軌道，氫原子是xxx可以精確解決薛定諤方程的中性原子。在較重的原子中，如碳、氮和氧，所用的原子軌道是2S和2P軌道，類似于氫的激發態軌道。混合軌道被認為是原子軌道的混合物，以不同比例相互疊加。例如，在甲烷中，形成每個碳-氫鍵的C混合軌道由25%的s特性和75%的p特性組成，因此被描述為sp3（讀作s-p-3）雜化。量子力學將這種雜化描述為形式為N(s+√3pσ)的sp3波函數，其中N是一個歸一化常數（這里是1/2），pσ是一個沿C-H軸指向的p軌道，形成一個西格瑪鍵。在這個例子中，系數的比率（一般表示為λ）為√3。由于與一個軌道相關的電子密度與波函數的平方成正比，所以p字與s字的比率為λ2=3。p特性或p成分的重量是N2λ2=3/4。

sp3雜化從原子的角度描述原子的結合。對于一個四面體配位的碳（如甲烷CH4）來說，碳應該有4個具有正確對稱性的軌道來與4個氫原子結合。碳的基態構型是1s22s22p2，或者更容易理解。碳原子可以利用其兩個單占的p型軌道與兩個氫原子形成兩個共價鍵，產生單質亞甲基CH2，即最簡單的碳化物。碳原子還可以通過激發（或促進）一個電子從雙占的2S軌道到空的2P軌道與四個氫原子結合，產生四個單占軌道。形成兩個額外鍵所釋放的能量超過了所需的激發能量，在能量上有利于形成四個C-H鍵。從量子力學上講，如果四個鍵是等價的，就可以得到最低的能量，這就要求它們是由碳上的等價軌道形成。可以得到一組四個等價軌道，它們是價殼（核心軌道幾乎不參與成鍵）s和p波函數的線性組合，這就是四個sp3雜化體。