A orbital molecular este o funcție orbitală sau de undă a electronului unei molecule. Funcția poate fi utilizată pentru a calcula probabilitatea de a găsi un electron într-un spațiu specificat sau pentru a prezice proprietățile chimice și fizice ale moleculei. Robert Mulliken a introdus în 1932 termenul „orbital” pentru a descrie o funcție de undă orbitară cu un electron.
Electronii din jurul unei molecule pot fi asociați cu mai mult de un atom și sunt adesea exprimați ca o combinație de orbitali atomici. Orbitalii atomici dintr-o moleculă pot interacționa dacă au simetrii compatibile. Numărul orbitalelor moleculare este egal cu numărul orbitalelor atomice combinate pentru a forma o moleculă.