Modern kuvantum teorisinin, dalga mekaniğinin temeli olan Schrödinger denkleminin çözümüyle elde ettiği, her biri uzayda bir olasılık dağılımına karşılık düşen ve elektronların atom çekirdeğinden uzaklıklarının matematiksel ifadesi olan belirli dalga fonksiyonları. Orbitaller, Bohr modelindeki, yarıçapları kesin olarak belli olan yörüngelerin yerini alır. Her orbital, üç kuvantum sayısıyla belirlenir. Ana kuvantum sayısı (n), 1,2,3 vb. değerler alır ve n arttıkça elektronun enerjisi artar. Elektronun n= 1,2,3, vb. değerli durumlarına sırasıyla K, L, M vb. kabukları denir. Her kabuğun alabileceği maksimum elektron sayısı 2n2 formülüyle bulunur. Her n için 0,1,2,...., (n-1) gibi değerler alabilen ve elektronun açısal momentumunun ölçüsü olan azimut kuvantum sayısı (1) ise alt ya da iç kabukları belirler.
Örneğin n= 2 için, 1= 0 ve 1= 1'dir ve L kabuğundaki bu elektron, iki ayrı 1 değerini karşılayan değişik enerjili iki alt kabukta bulunabilir. 1= 0,1,2,3 değerli orbitallere sırasıyla s,p,d ve f orbitalleri denir. Manyetik kuvantum sayısı (m) ise, her 1 için -1, -(1),...., 0,.... (1-1), 1 gibi değerler alabilir. Örneğin 1=1 olan p orbitali için gerçekte m=-1,0 ve 1 olmak üzere üç orbital vardır; üçünün de n ve 1 değerleri ve enerjileri aynıdır; m sayısının önemi, atomun bir manyetik alanın etkisinde kalması hâlinde, ortaya çıkabilecek üç farklı durumu belirlemesidir. Elektronlar orbitallere rasgele dağılmamışlardır; elektronların +1/2 ve -1/2 değerlerini alabilen bir de spin kuvantum sayıları vardır ve iki elektronun tüm kuvantum sayılarının aynı olamayacağını ortaya koyan Pauli ilkesi, böylece bir orbitalde en çok iki elektronun bulunacağını belirlemiş olur.
