Ha az n elvi kvantumszám 3 vagy nagyobb, a szögkvantumszám lehet 2. Ha a szögkvantumszám l=2, akkor d-orbitálnak tekintjük. A d-orbitális esetében a mágneses kvantumszám ml -2 és 2 között lehet, a lehetséges értékeket -2, -1, 0, 1 vagy 2 veszi fel. Így öt d-orbitál keletkezik: dxy, dyz, dxz, dx2-y2 és dz2. A mágneses kvantumszámok nem korrelálnak egy adott orbitálhoz, inkább a különböző ml értékek lineáris kombinációja, hasonlóan a px és py orbitálokhoz. A d-orbitálok általános alakja “margaréta-szerűnek” vagy “négylevelű lóherének” írható le, kivéve a dz2-orbitált, amely úgy néz ki, mint egy fánk, amely felett és alatt egy-egy lebeny van. Minden d-orbitális 2 szögcsomópontot tartalmaz. A dxy, dyz, dxz és dx2-y2 esetében ezek síkbeli szögcsomópontok, amelyek könnyen láthatóak, mint az orbitálisok lebenyeit kettészelő tengelyek. A dz2 esetében ezek kúp alakú szögcsomópontok, amelyek az orbitális “fánk” részét a felső és alsó lebenyekkel osztják fel. A d-orbitálisok azért fontosak az átmeneti fémeknél, mert jellemzően ezeket használják a kötésekben. A kristálymező-elmélet, pontosabban a kristálymező-felosztás a d-orbitálokat és azok degeneráltságát használja az átmeneti fémkomplexek spektroszkópiai tulajdonságainak leírására.