原子在成鍵時受到其他原子的作用，原有一些能量較近的原子軌道重新組合成新的原子軌道，使軌道發揮更高的成鍵效能，這叫做軌道雜化。形成的新原子軌道叫做雜化軌道。軌道雜化概念，是由美國化學家鮑林在1931年首先提出的，經過不斷深化和完善，現已成為當今化學鍵理論的重要內容之一。雜化軌道的成鍵能力比原軌道的成鍵能力大大提高。因此由雜化軌道成鍵時給體系帶來的穩定能，遠遠超過雜化時需要的能量。由n個原子軌道參加雜化而形成n個能量相等、成分和形狀完全相同，僅空間方位不同的雜化軌道，這樣的雜化方式叫等性雜化。不同的等性雜化方式會形成不同幾何構型的分子結構。例如，1個s軌道，3個p軌道發生sp³雜化，形成4個sp³雜化軌道，這樣形成的分子呈正四面體構型。由sp²雜化形成的分子呈平面三角形，由sp雜化形成的分子呈線型。過渡元素常有d軌道參與雜化，如由d²sp³雜化形成的正八面體分子，由dsp²雜化形成的平面正方形分子，由dsp³雜化形成的三角雙錐分子。當原有能量較近的原子軌道沒有全部參加雜化時，如sp²、sp雜化，就會有多余的p軌道留下來進行側面重疊，形成π型軌道或多中心離域大π軌道。如果原有的價電子層上有富余的價電子（如N、O、Cl等），則常形成不完全等同的雜化軌道。這些軌道除了空間方位不同外，能量、成分、形狀都不完全相同。其中有的用以成鍵，有的被自己的孤對電子占用，如H₂O、NH₃分子等。H₂O分子中氧原子采取不等性sp³雜化，形成四個不完全等同的雜化軌道，其中兩兩等價，分別和兩個氫原子成鍵及被氧原子的兩對孤對電子占有。