Sisse keemia ja kvantmehaanika, an orbitaal on matemaatiline funktsioon, mis kirjeldab elektronide, elektronide paari või (harvemini) nukleonide lainetaolist käitumist. Orbitaali võib nimetada ka aatomorbitaaliks või elektronorbitaaliks. Ehkki enamik inimesi mõtleb ringi orbiidile, on tõenäosustiheduse piirkonnad seda võib sisaldada elektroni, võib olla sfääriline, hantli-kujuline või keerukam kolmemõõtmeline vormid.
Orbitaal võib viidata elektronpilv energeetilist olekut, mida kirjeldatakse n, ℓ ja mℓkvantarvud. Iga elektronit kirjeldab kordumatu kvantarvude komplekt. Orbitaal võib sisaldada kahte elektronid koos paaris keerutab ja on sageli seotud mõne konkreetse piirkonnaga aatom. S orbitaal, p orbitaal, d orbitaal ja f orbitaal tähistavad orbitaale, millel on vastavalt nurdenurga kvantarv ℓ = 0, 1, 2 ja 3. Tähed s, p, d ja f pärinevad leelismetallispektroskoopia joonte kirjeldusest teravate, põhiliste, hajusate või fundamentaalsetena. Pärast s, p, d ja f, orbitaalnimed, mille väärtus ületab ℓ = 3, on tähestikulises järjekorras (g, h, i, k, ...). Täht j jäetakse välja, kuna see ei erine kõigis keeltes i-st.
1s2 orbitaal sisaldab kahte elektroni. See on madalaim energiatase (n = 1) nurkkiiruse kvantarvuga ℓ = 0.
Elektronidel on laine-osakeste kahesus, mis tähendab, et neil on mõned osakeste omadused ja mõned lainete omadused.
Ehkki arutelud orbitaalide üle viitavad peaaegu alati elektronidele, on tuumas ka energiatasemeid ja orbitaale. Erinevad orbitaalid põhjustavad tuumaisomeerid ja metastabiilsed seisundid.