原子轨道的叠加重组，从而成为数目相同，能量相等的新轨道。例如，为了解释甲烷的正四面体结构，杂化轨道理论认为：碳基态原子构型为1s2s2p。首先碳2s中的一个电子被激发到空的2p轨道上，然后1个s轨道和3个p轨道重新组合成4个sp杂化轨道，再分别和4个氢原子的1s电子成键。4个杂化轨道呈正四面体构型，键角10928'，能量没有任何差别。sp和sp杂化轨道亦然。主要的杂化类型和立体构型列于下表：