UN orbitale molecolare è una funzione orbitale o ondulatoria dell'elettrone di una molecola. La funzione può essere utilizzata per calcolare la probabilità di trovare un elettrone all'interno di uno spazio specificato o per predire le proprietà chimiche e fisiche della molecola. Robert Mulliken ha introdotto il termine "orbitale" nel 1932 per descrivere una funzione d'onda orbitale a un elettrone.
Gli elettroni attorno a una molecola possono essere associati a più di un atomo e sono spesso espressi come una combinazione di orbitali atomici. Gli orbitali atomici all'interno di una molecola possono interagire se hanno simmetrie compatibili. Il numero di orbitali molecolari è uguale al numero di orbitali atomici combinati per formare una molecola.