En atomomloppsbana är ett område i rymden runt en atoms kärna där en elektron finns. Den exakta platsen kan endast uppskattas genom att använda sannolikhetslagarna. Atomorbitaler upptar sfäriska områden runt kärnan i tre dimensioner, så elektroner kretsar inte om kärnan som en planet kretsar runt en stjärna. Det finns olika former för orbitaler också; en typ som symmetriskt omger kärnan i en atom, och en annan som sprider sig i olika riktningar på vardera sidan av kärnan. Varje atomomloppsbana, oavsett dess typ, är belägen på olika energinivåer som sträcker sig längre från kärnan, där den lägsta energinivån är den närmaste.
När en energinivå omger kärnan kallas den för en s orbital, och när orbitalen sprider sig på vardera sidan identifieras den som ap orbital. Det finns olika andra former för atomära orbitaler också, som hjälper till att beskriva elektronernas natur som vågor som omger en kärna. Atomer med en enda elektron är strukturerade som en planet med en atmosfär, och atomer med många elektroner verkar ha ett moln av elektroner som omger dem. Elektroner nära kärnan har lägre energier, medan orbitaler blir mer komplexa vid högre energinivåer längre bort från kärnan.
Ett kvanttal används för att definiera elektronenergitillstånd, och elektroner ändrar energinivåer genom att sända ut eller absorbera energi. Vid varje givet ögonblick bestäms tillståndet för en atom genom att analysera dess elektronkonfiguration, som kan förändras när den interagerar med andra atomer och molekyler i miljön. Det finns upp till tre p-orbitaler i vilken nivå som helst, förutom den första runt kärnan, och ju högre energinivån är, desto mer långsträckt är orbitalen. Varje atomomlopp innehåller två elektroner som är differentierade av riktningen för deras spin.
I de inblandade atomerna interagerar varje atomomloppsbana under bildandet av molekyler och föreningar. I linjära kombinationer av atomorbitaler kan två eller flera atomer dela elektroner mellan orbitalerna för var och en. Teorin om hybridisering av atomorbitaler beskriver formen på en molekyl när den är sammanbunden av en atom snarare än ett fåtal. Det kan inkludera kombinationen av både s- och p-orbitaler och antalet elektroner anges också. Atombanan för varje elektron i en atom studeras av experter inom kvantmekanik för att förstå atomernas komplexitet och hur de interagerar.