在原子理論和量子力學中，原子軌道是描述原子中電子的位置和波狀行為的函數。 此函數可用于計算在原子核周圍的任何特定區域找到原子的任何電子的概率。 正如軌道的特定數學形式所預測的那樣，術語原子軌道也可以指可以計算出電子存在的物理區域或空間。

原子中的每個軌道都由三個量子數 n、? 和 ml 的一組值來表征，它們分別對應于電子的能量、角動量和角動量矢量分量（磁量子數）。 除了磁量子數，軌道通常由相關調和多項式（例如，xy、x2 ? y2）標記。 每個這樣的軌道最多可以被兩個電子占據，每個電子都有自己的自旋投影 m s {\displaystyle m_{s}} 。 簡單名稱 s 軌道、p 軌道、d 軌道和 f 軌道分別指代角動量量子數 ? = 0、1、2 和 3 的軌道。 這些名稱與 n 的值一起用于描述原子的電子配置。 它們源自早期光譜學家對某些系列的堿金屬光譜線的描述，如尖銳的、主要的、漫射的和基本的。 ? > 的軌道 3 按字母順序繼續（g、h、i、k、...），省略 j，因為某些語言不區分字母 i 和 j。

原子軌道是原子軌道模型（或電子云或波力學模型）的基本組成部分，這是一種現代框架，用于可視化物質中電子的亞微觀行為。 在這個模型中，原子的電子云可以看作是在一個電子構型中建立起來的（近似），該電子構型是更簡單的類氫原子軌道的產物。 元素周期表各部分中 2、6、10 和 14 個元素塊的重復周期性自然產生于分別占據一整套 s、p、d 和 f 軌道的電子總數，盡管對于更高的 量子數 n 的值，特別是當原子帶正電荷時，某些子殼的能量變得非常相似，因此它們被電子填充的順序（例如，Cr = [Ar]4s13d5 和 Cr2+ = [Ar]3d4) 只能在某種程度上任意合理化。

隨著量子力學的發展和實驗發現（如電子的雙縫衍射），人們發現圍繞原子核運行的電子不能完全描述為粒子，而需要用波粒二象性來解釋。 從這個意義上說，電子具有以下性質：

波狀特性：

• 電子不像行星繞太陽運行那樣繞原子核運行，而是以駐波形式存在。 因此，電子可以吸收的最低能量類似于弦上波的基頻。 更高的能量狀態類似于該基頻的諧波。
• 電子永遠不會處于單點位置，盡管可以從電子的波函數中找到在單點與電子相互作用的概率。 電子的電荷就像在空間中以連續分布被涂抹一樣，在任何一點都與電子波函數的平方幅度成正比。

類粒子特性：

• 繞原子核運行的電子數只能是整數。
• 電子像粒子一樣在軌道之間跳躍。 例如，如果一個光子撞擊電子，結果只有一個電子改變狀態。
• 電子保留類似粒子的特性，例如：每個波態都具有與其電子粒子相同的電荷。 每個波態都有一個獨立的自旋（自旋向上或向下旋轉），具體取決于其疊加。

因此，電子不能簡單地描述為固體粒子。 一個類比可能是一個巨大且通常形狀奇特的大氣層（電子），分布在一個相對較小的行星（原子核）周圍。 原子軌道僅在存在一個電子時準確描述了這種大氣的形狀。 當添加更多的電子時，額外的電子傾向于更均勻地填充原子核周圍的空間體積，因此所產生的集合（電子云）傾向于描述電子位置的大致球形概率區域，因為 不確定性原理

原子軌道可以用正式的量子力學語言更精確地定義。 它們是電子通過原子核的電場束縛在原子上的薛定諤方程的近似解。 具體來說，在量子力學中，原子的狀態，即原子 Hamilt 的本征態。