Si formano orbitali ibridi quando si combinano orbitali atomici di tipo diverso, ma che prendono parte alla formazione di un legame, appartenendo allo stesso livello energetico. Gli orientamenti nello spazio degli orbitali ibridi formano legami più stabili e tutti equivalenti. Il numero di orbitali ibridi che si forma è uguale al numero di orbitali molecolari combinati, ma la tipologia cambia a seconda degli orbitali atomici mescolati. Si hanno orbitali ibridi sp, sp2, sp3, sp3d ecc. e ciascuno dà luogo a geometrie molecolari caratteristiche.