Форма атомних орбіталів визначається квантовими механічними властивостями електрона. Вони виникають як рішення хвильового рівняння Шрьодінгера для атома, яке враховує його енергію та рух, а також взаємодію з ядром. Квантова механіка показує, що електрон може перебувати в певному обмеженому просторі навколо ядра у вигляді характерних форм - s, p, d, f і т.д. орбіталів. Ці форми виявляються у вигляді областей, де ймовірність знаходження електрона найвища. Така форма орбіталів дозволяє квантовим частинкам взаємодіяти з іншими електронами та створювати хімічні зв'язки.