Once número quântico princípio n igual a 3 ou maior, número quântico angular pode ser igual a 2. Quando o número quântico angular l=2, é considerado o d-orbital. Para o d-orbital, o número quântico magnético ml pode ser igual a -2 a 2, tomando os valores possíveis -2, -1, 0, 1, ou 2. Isto dá origem a cinco d orbitais, dxy, dyz, dxz, dx2-y2, e dz2. Os números quânticos magnéticos não se correlacionam a um orbital específico, mas os orbitais são uma combinação linear dos diferentes valores ml, semelhante aos dos orbitais px e py. A forma geral dos d-orbitais pode ser descrita como “daisy-like” ou “four leaf clover” com a exceção do orbital dz2 que se parece com o donut com um lóbulo acima e abaixo. Todos os d-orbitais contêm 2 nós angulares. No caso dos dxy, dyz, dxz e dx2-y2 são nós angulares planares, facilmente vistos como os eixos que bissetam os lóbulos dos orbitais. Em dz2 eles são nós angulares cônicos que dividem a parte “donut” do orbital com os lobos superior e inferior. Os d-orbitais são importantes nos metais de transição porque são tipicamente os utilizados na colagem. A Teoria do Campo Cristal, mais especificamente a Separação do Campo Cristal, usa os d-orbitais e sua degenerescência para descrever as propriedades espectroscópicas dos complexos de metais de transição.