Atom orbitalleri, elektronların atom çekirdeği etrafında bulunma olasılığının en yüksek olduğu bölgeleri ifade eder. Orbitaller, enerji seviyelerine ve şekillerine göre s, p, d ve f orbitalleri olarak adlandırılır.

• s Orbitalleri küresel şekilli ve en düşük enerjilidir.
• p Orbitalleri dambıl şeklindedir ve her enerji seviyesinde üç adet bulunur.
• d Orbitalleri daha karmaşık yapılıdır ve beş adettir.
• f Orbitalleri ise en karmaşık şekle sahip olup yedi adet bulunur.

Elektronlar, orbitallere belirli kurallara göre yerleşir. Bu kurallar, elektronların en düşük enerjili orbitallere yerleşmesi (Aufbau Prensibi), bir orbitale en fazla iki elektron yerleştirilmesi (Pauli Dışarlama Prensibi) ve aynı enerji seviyesindeki orbitallerin önce tek tek doldurulmasıdır (Hund Kuralı).

Atom orbitalleri, bir elementin kimyasal bağ yapma kapasitesini ve periyodik tablodaki yerini belirleyen temel unsurlardır.