Trong hóa học orbital phân tử (tiếng Anh: molecular orbital, viết tắt: MO) là hàm số toán học mô tả dáng điệu tựa như sóng của một điện tử trong một phân tử. Hàm số này có thể được sử dụng để tính toán các tính chất hóa học và vật lý như xác suất tìm electron ở bất kỳ vùng cụ thể nào.Thuật ngữ orbital được Robert S. Mulliken đề xuất năm 1932 như là viết tắt cho hàm số sóng orbital cho một electron [1]. Ở một mức cơ bản, nó được sử dụng để mô tả vùng không gian trong đó hàm số có biên độ đáng kể. Các orbital phân tử thường được xây dựng bằng cách kết hợp quỹ đạo nguyên tử hoặc orbital lai từ mỗi nguyên tử của phân tử, hoặc các orbital phân tử khác từ các nhóm nguyên tử. Chúng có thể được định lượng bằng cách sử dụng phương pháp Hartree-Fock hay phương pháp trường tự tương hợp (tạm dịch: SCF, self-consistent field).