有机化合物中，中心原子轨道的杂化，指示分子的空间构型，sp，sp2，sp3杂化的代表分子骨架如下：
对于饱和烷烃，以最简单的甲烷为例。理论上，为了得到甲烷分子上用于成键的四对等价的电子，我们的 C 必须含有四个等价的 AOs（原子轨道）,但是正如我们所知道的，C并不具有。不过如果我们能让 2s 和 2p 轨道首先混合，形成四个新的轨道，它们就会是等价的了；平均下来，新的轨道由四分之一的 2s 轨道和四分之三的 p 轨道构成。这种平均的组合在这里被叫做 sp3杂化轨道 (hybrid orbital)。而混合平均化的过程被称为杂化 ( hybridization). 杂化轨道在数学上等同于之前的 2s 和 2p 轨道，它的优点仅在于形成 MOs （分子轨道）时与成键电子对数相吻合。如下图，每个 sp3 轨道都含有四分之三的 p 轨道成分和四分之一的 s 轨道成分。和 p 轨道一样，它有一个贯穿原子核的平面波节，但由于含有 2s 轨道成分，其中一个波瓣要比另一个大：考虑 2s 轨道的对称性，当将它与 2p 轨道叠加时，会同时使一个波瓣的波函数值增加，另一个波瓣的减少。四个 sp3 轨道指向四面体的四个顶点（确定分子形状），因此我们可以使用每个 sp3 轨道中的大波瓣与每个氢原子的 1s 轨道重叠组成分子。每次重叠都形成一个 MO (2sp3 + 1s), 我们可以在其中填入两个电子以形成 C–H σ键。每种情况下，还会同时产生一个反键 MO, σ* (2sp3 – 1s), 它们是空置的。这时理论分析的电子空间分布就与事实相吻合了，因此我们可以认定它们确实处在四根键中了。同理，我们可以推出乙烷的杂化结构，即每个碳原子都将其中三个 sp3 AOs 指向氢原子，而留下一个 sp3 轨道与另一个碳原子形成 C–C 键。对于烯烃，以最简单的乙烯为例，从事实角度上讲，乙烯是一个平面分子，显而易见，SP3杂化无法解释它的平面结构，故而我们需要一个新的杂化轨道类型来解释它。我们的做法是混合 C–H 骨架所需要的所有轨道，并看看剩下的是什么。每个碳原子都连有三根等价的键 (一根为 C–C 键，两根为 C–H 键)，因此我们需要将每个碳原子上的一个 2s 轨道与两个 p 轨道混合 (这样可以产生三根键)。我们可以将 2s, 2py, 和 2pz 轨道进行杂化 (任取位于同一个平面上的所有 AOs), 生成三个 sp2 轨道确保来容纳电子。如上图，生成的 sp2 杂化轨道含有三分之一的 s 轨道成分和三分之二的 p 轨道成分。并留下依旧如故的 2px 轨道。
每个碳原子上的三个 sp2 杂化 AOs 可以与其他原子上的三个轨道 (两个氢原子上的 1s AOs 和另一个碳原子上的 sp2 AO) 重叠形成三个 σ MOs.杂化的过程在每个碳原子上都留下了一个 2px 轨道，它们与它们上各自含有的一个电子构成了 π MO. 分子骨架由五根在同一平面内的 σ 键 (一根C–C 和四根 C–H) 构成，中心 π 键则由两条 2px 轨道构成，位于平面的上方和下方。p 轨道肩并肩形成 π 键没有头碰头形成 σ 键更充分，这一分析在实验事实上的证据是：打破一根C–C π 键（注意非碳碳双键）需要的能量比 C–C σ 键少 ( 分别为 260 kJ mol−1 和 350 kJ mol−1)运用相同的办法，乙炔中含有一根 C≡C 三重键。每个碳原子只和两个其他原子结合形成直线形 CH 骨架。因此，首先参与杂化的是两个轨道；其次，参与杂化的两个轨道一定是能形成这种对称性的 2s 和 2px 轨道。杂化后的轨道称为 sp 杂化轨道。而双方碳原子余下的 2py 和 2pz 轨道分别构成两根 π MOs.乙炔分子中，碳原子的两个 sp AO 分别与一个氢原子 1s AO 和另一个碳原子的sp 轨道重叠成键。剩余的两对 p 轨道结合形成相互垂直的 π MOs.除了碳原子外，其他杂原子为了成键，同样会有杂化的原子轨道用来容纳电子，下面是两个简单的例子；对于杂化类型、空间构型、键的种类，我们是可以知一推二的。且在判断中心原子杂化方式上，可以推出一个简单的方法，即：首先判断中心原子的价键数（不含正负），然后加上配位原子的电荷数（一般除去氧），减去电荷数（包含正负）最后除以2，结果是4是sp3杂化，结果是3是sp2杂化，结果是2是sp杂化。如以硝酸为例，HNO3中，N是5价，H是＋1价，一般O不计算在配位原子内所以忽视掉，而硝酸分子整体是0价（离子状态时不为0），所以减去0，计算如下：而结果大于4，比如5，其上其实还有d轨道参与杂化，这部分结构化学内容可能在后面我们详谈。对于核外电子的排布，不知道大家还记得多少。
s（1），p（3），d（5），f（7），g（9），h（11），i，j，k，l，…….
