Die sphärische Symmetrie eines freien Atoms kann gestört werden, sobald ein weiteres Atom sich in der Nähe befindet. Diese Asymmetrie entsteht zum Beispiel bei der Molekülbildung in der organischen Chemie. Es ist möglich, die Elektronenzustände zu einem festen Energiewert auch anders zusammenzusetzen als im Abschnitt Atomorbitale gezeigt wurde: so können zunächst statt der dort gezeigten Symmetrien der p-Orbitale in der L Schale auch die folgenden px, py, pz Orbitale vorkommen:
Diese p Orbitale können dann mit den s-Orbitalen der gleichen Schale zu kombinierten Hybridorbitalen zusammengefasst werden, die wiederum eine andere Ladungsverteilung besitzen.
Wenn nur ein p-Orbital zu mit dem s-Orbital kombiniert wird, spricht man von s-p Hybridisierung und aus der Doppelkeule des p Orbitals entsteht je nach Intensität und Art der Kombination ein einseitig gerichtetes Orbital:
Bei der sp2 Hybridisierung werden das s Orbital und zB die px und py Orbitale kombiniert, es entstehen drei Hybridorbitale, die in einer Ebene liegen und einen Zwischenwinkel von 120 Grad aufweisen (Aethylen, Graphit..):
Schliesslich sind bei der sp3 Hybridisierung alle p-Orbitale und das s-Orbital so kombiniert, dass je nach Art der Zusammensetzung 4 unterschiedliche Ladungswolken entstehen, die entlang der Körperdiagonalen des Würfels zeigen. Dies führt zum bekannten Tetraedermodell, das für die Bindungswinkel vieler organischer Verbindungen herangezogen wird (Methan, Diamant)