軌道雜化
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碳的原子軌道是一個圓球狀的 2s 和三個沿 x、y、z 方向的啞鈴狀 2p 軌道。然而甲烷卻有四根完全相同、對稱地指向四面體頂點的鍵。形狀各異的原子軌道如何給出等價的鍵？雜化就是答案：原子把它的原子軌道混合成一組新的等價雜化軌道，恰好指向適合成鍵的方向。
一個 s 與一個 p 混合給出兩個相隔 180 度的 sp 雜化軌道（直線形，如 BeCl2 或 CO2 中的碳）；一個 s 與兩個 p 給出三個相隔 120 度的 sp2 雜化軌道（平面三角形，如 BF3）；一個 s 與三個 p 給出四個相隔 109.5 度的 sp3 雜化軌道（四面體形，如 CH4）。雜化軌道的數目總是等於你混入的原子軌道數目，並且與 VSEPR 數出的電子區域數相符。任何剩餘的、未雜化的 p 軌道仍然空著，可以側向形成 pi 鍵。用於五根和六根鍵的舊方案 sp3d 和 sp3d2，如今被認為是糟糕的描述，因為 d 軌道幾乎不參與；幾何構型是真實的，但成鍵用離域的分子軌道描述更好。
雜化是價鍵理論中把路易斯結構和 VSEPR 形狀與成鍵圖景聯繫起來的部分：數出電子區域，讀出雜化方式，你就知道鍵指向哪些方向。它對較輕的主族元素確實有用，但最好把它理解為一種把軌道塑造成已知幾何構型的數學便利，而非形狀的物理成因。說實話，並不是先發生雜化、然後由它決定幾何構型；而是我們選擇與分子已經採取的幾何構型相符的雜化軌道。
類似乙烯的 sp2 碳清晰地展示了這個想法：三個 sp2 雜化軌道在平面內以 120 度形成三根 sigma 鍵，而那個未參與雜化、剩下的 p 軌道側向重疊，形成 C=C 雙鍵中的 pi 鍵。
sp2 碳：平面內三根 sigma 鍵，加一個剩餘 p 軌道用於 pi 鍵。
雜化是為符合已知幾何構型而擬合的模型，而非幾何構型的成因；用於超價原子的 sp3d / sp3d2 方案如今被認為具有誤導性，因為 d 軌道貢獻極小。