在化學中，離域電子是分子、離子或固體金屬中不與單個原子或共價鍵結合的電子。

術語“離域化”很籠統，在不同領域可能具有略微不同的含義：

• 在有機化學中，它指的是共軛體系和芳香族化合物中的共振。
• 在固態物理學中，它指的是促進導電的自由電子。
• 在量子化學中，它指的是延伸到多個相鄰原子上的分子軌道電子。

在苯的簡單芳環中，六個 π 電子在 C6 環上的離域通常用圓圈表示。 六個 C-C 鍵等距這一事實表明電子離域； 如果該結構具有孤立的雙鍵與離散的單鍵交替出現，則該鍵同樣會交替出現較長和較短的長度。 在價鍵理論中，苯中的離域由共振結構表示。

離域電子也存在于固體金屬的結構中。 金屬結構由離域電子海中對齊的正離子（陽離子）組成。 這意味著電子可以在整個結構中自由移動，并產生導電性等特性。

在金剛石中，每個碳原子的所有四個外層電子都“定位”在共價鍵合的原子之間。 電子的運動受到限制，金剛石不導電。 在石墨中，每個碳原子僅使用其 4 個外能級電子中的 3 個與平面中的其他三個碳原子共價鍵合。 每個碳原子為離域電子系統貢獻一個電子，該電子系統也是化學鍵合的一部分。 離域電子可以在整個平面內自由移動。 因此，石墨沿碳原子平面導電，但不沿與平面成直角的方向導電。

標準的從頭算量子化學方法導致離域軌道，一般來說，它延伸到整個分子并具有分子的對稱性。 然后可以發現局部軌道是離域軌道的線性組合，由適當的幺正變換給出。

在甲烷分子中，從頭計算顯示四個分子軌道中的鍵合特征，在所有五個原子之間均勻共享電子。 有兩個軌道水平，由碳上的 2s 軌道形成的鍵合分子軌道和由碳上的每個 2p 軌道形成的三重簡并鍵合分子軌道。 價鍵理論中對應于每個單獨鍵的定域sp3軌道可以從四個分子軌道的線性組合中獲得。