Nella applet di fianco verranno visualizzati gli orbitali atomici ibridi più tipici del legamie chimico. L'ibridizzazione è una combinazione lineare di orbitali atomici utile a spiegare sia la lunghezza dei legami sia gli angoli di legami. Infatti gli orbitali atomici 2s e 2p non spiegano bene la formazione di angoli di 104° nell'acqua o 107° nell'ammoniaca, dando solo valori approssimativi. A tal scopo ci viene in contro la ibridizzazione degli orbitali atomici. Consideriamo il Carbonio la cui configurazione elettronica di partenza è 1s ² 2s² 2p². Se viene promosso un elettrone dall'orbitale 2s al 2p c'è la possibilità di formare 4 legami sigma. Per spiegare gli angoli fu introdotta la ibridizzazione degli orbitali, cioè un ricalcolo delle funzioni d'onda originali mediante delle combinazioni lineari di queste ultime.
Al livello quantico n=2 sono possibili 3 tipi di ibridizzazioni: sp, sp² e sp³.
L'ibridizzazione sp coinvolge un orbitale 2s e un orbitale 2p, lasciando invariati gli altri due orbitali 2p. Si formano due orbitali ibridi sp la cui forma si può vedere in figura e orientati per dare un angolo di 180°
Ricalcolando invece due orbitali p con un orbiale s, si ottiene una nuova serie di orbitali ibridi detti sp2, mentre col secondo si vede la loro disposizione nello spazio ad assicurare un angolo di legame pari a 120°. Rimane inalterato un orbitale 2p perpendicolare al piano degli sp2
Quando si ricalcolano tutti e quattro gli orbitali del livello n=2 si ottengono quattro orbitali ibridi sp3, con angolo di legame di 109°,5'.