Kimyada moleküler orbital, bir molekül içindeki elektronların dalga benzeri davranışını tanımlayan matematiksel işlevdir. Molekülün herhangi bir bölümünde bir elektron bulma olasılığı gibi kimyasal ve fiziksel özellikleri hesaplamaya yarar.
Moleküler orbitaller genellikle atomik orbitaller ile melez orbitallerin harmanlanmasıyla oluşturulur. Hartree-Fock yöntemi kullanılarak nicel olarak hesaplanabilmektedirler.