Забудьте картинку з підручника, де електрон літає навколо ядра, як планета навколо Сонця — це застаріла модель. Насправді електрон не рухається по чіткій орбіті. Замість цього існує тривимірна «хмара ймовірності» — область простору, де електрон може перебувати з вірогідністю 90–95%. Ця хмара і називається орбіталлю. Уявіть, що ви фотографуєте джмеля, який літає навколо квітки, з дуже довгою витримкою — на фото ви побачите не чітку лінію, а розмиту хмарку. Ось так виглядає орбіталь.
Орбіталі бувають різних форм, і кожна має свою букву. s-орбіталі — сферичні, як м'ячики навколо ядра. p-орбіталі — схожі на гантелі або вісімки, орієнтовані вздовж трьох осей (px, py, pz). d-орбіталі — ще складніші, з чотирма «пелюстками» (їх п'ять на кожному рівні). f-орбіталі — найскладніші, з семома варіаціями химерних форм. Кожна орбіталь вміщує максимум два електрони з протилежними спінами — це принцип Паулі.
Форма орбіталей має величезне практичне значення. Саме перекриття орбіталей сусідніх атомів утворює хімічні зв'язки. Форма p-орбіталей пояснює, чому молекула води зігнута під кутом 104.5°, а молекула метану має тетраедричну форму. d-орбіталі перехідних металів визначають яскраві кольори їхніх сполук — мідний купорос синій, а перманганат калію фіолетовий саме через електронні переходи між d-орбіталями. Квантова механіка перетворила абстрактну хмару ймовірності на потужний інструмент хімії.