اوربیتال اتمی تابع ریاضی است که رفتار موجی مانند یک الکترون یا یک جفت الکترون در اتم را توضیح می‌دهد.Milton Orchin,Roger S. Macomber, Allan Pinhas, and R. Marshall Wilson(2005)"Atomic Orbital Theory" این تابع را می‌توان به منظور محاسبهٔ احتمال حضور الکترون در یک اتم در مناطق خاصی در اطراف هسته مورد استفاده قرار داد. از عملکرد این تابع می‌توان در ترسیم نمودار سه بعدی از احتمال حضور الکترون در یک مکان استفاده کرد که این منطقهٔ فیزیکی با احتمال بالا تعیین می‌شود. به‌طور خاص، اوربیتال‌های اتمی ممکن در ویژه حالتی از یک تک الکترون که در مجموعه‌ای از الکترون‌ها در اطراف اتم منفرد قرار دارند را می‌توان با تابع اوربیتال توضیح داد.اوربیتال اتمی که در آن الکترون به عنوان ذرات جامد است را هرگز نمی‌توان با سیاره‌ای که به صورت بیضوی به دور خورشید می‌گردد توضیح داد. با یک مقایسه دقیق ممکن است چنین به نظر برسد که الکترونی که درجو اطراف هسته قرار دارد مانند جو یک سیاره‌است. اوربیتال اتمی نحوه شکل‌گیری این جو را فقط به یک الکترون منفرد در یک اتم را توضیح می‌دهد. وقتی که الکترون‌های بیشتری به اتم منفرد اضافه می‌شود این الکترون‌ها تمایل دارند به‌طور مساوی در حجم فضای اطراف هسته قرار بگیرند (که گاهی به این ابر الکترونی گفته می‌شود.The Feynman Lectures on Physics -The Definitive Edition, Vol 1 lect 6 pg 11. Feynman, Richard; Leighton; Sands. (2006) Addison Wesley )این منطقه معمولاً کروی شکل است.این ایده که الکترون ممکن است در اطراف هسته با یک خاصیت چرخشی که به آن تکانهٔ زاویه‌ای می‌گویند می‌گردد، در سال ۱۹۱۳ توسط نیلز بور استدلال شد. و یک فیزیکدان ژاپنی به نام هانتارو ناگااٌکا(Hantaro Nagaoka) در اوایل سال ۱۹۰۴ فرضیه مبتنی به رفتارهای الکترونیکی به این مورد را منتشر کرد. با این حال تا سال ۱۹۲۹ معادله شرودینگر برای حل حرکت موجی الکترون در کوچکترین یا حتی بزگترین جای اتم برای توابع اوربیتال جدید آماده نبود.با توجه به تفاوت مدار مکانیک کلاسیک از واژه «مدار» برای الکترون در اتم، برای اولین بار شیمیدانی بنام رابرت میلیکان در سال ۱۹۳۲ اصطلاح اوربیتال را ابداع و جایگزین آن کرد. اوربیتال اتمی، معمولاً به عنوان توصیف هیدروژن گونه (به معنی یک الکترون) برای تابع موج در فضا است، اعداد کوانتومی که به صورت l,nوm دسته‌بندی می‌شوند به ترتیب متناظر هستند با انرژی جفت الکترون، تکانه زاویه‌ای و تکانه زاویه‌ای مسیر (بردار اقلیدسی تکانه زاویه‌ای). هر اوربیتال (توسط یک مجموعه از اعداد کوانتومی متفاوت تعریف می‌شود) که دارای حداکثر دو الکترون است، از نام‌های کلاسیک در آرایش الکترونی نشان داده شده در تصویر سمت چپ نیز استفاده شده‌است. نام‌های اوربیتال کلاسیک که با (s, p، d, f) نشان داده می‌شوند از ویژگی‌های خطوط طیفی آن‌ها مشتق شده‌است. در واقع این نام‌ها را در تحلیل طیف گسیلی خطی فلزات قلیایی وضع کردند که f,d,p,s به ترتیب برگرفته از واژه‌های انگلیسی fundamental,diffuse,principal,sharp می‌باشند.از حدود سال ۱۹۲۰، یا حتی قبل از ظهور مکانیک کوانتومی مدرن، اصل آفبا (اصل ساخت و ساز) است که در آن اتم‌ها متشکل از جفت الکترون‌های هستند، که از تکرار یک الگوی ساده و منظم که با افزایش اعداد فرد (.. ۱، ۳، ۵،) است پیروی می‌کنند، توسط نیلز بور و دیگران که برای پی بردن به وجود چیزی شبیه به اوربیتال اتمی در داخل تعدادی از ساختار الکترونی اتم‌های پیچیده مورد استفاده قرار گرفته بود. در ریاضیات فیزیک اتمی، برای ساده کردن تابع موج الکترون در سیستم‌های پیچیده اغلب مناسب از ترکیبات ساده‌تر اوربیتال اتمی استفاده شود. اگرچه هر الکترون را نمی‌توان در یک اتم چند الکترونی که یکی را از یک یا دو الکترون از اوربیتال اتمی در یک تصویر خیالی محدود کرد، هنوز هم تابع موج الکترون ممکن است ترکیباتی از اوربیتال اتمی را دربرداشته باشد؛ مثل اینکه در بعضی مواقع ابر الکترونی یک اتم چند الکترونی هنوز هم با اوربیتال اتمی متشکل از تنها یک یا دو الکترون باشد.