După ce numărul cuantic de principiu n este egal cu 3 sau mai mare, numărul cuantic unghiular poate fi egal cu 2. Când numărul cuantic unghiular l=2, se consideră că este vorba de orbitalul d. Pentru orbitalul d, numărul cuantic magnetic ml poate fi egal cu -2 până la 2, luând valorile posibile -2, -1, 0, 1 sau 2. Acest lucru dă naștere la cinci orbitali d, dxy, dyz, dxz, dx2-y2 și dz2. Numerele cuantice magnetice nu se corelează cu un orbital specific, mai degrabă orbitalii sunt o combinație liniară a diferitelor valori ml, similar cu cea a orbitalilor px și py. Forma generală a orbitalilor d poate fi descrisă ca fiind „ca o margaretă” sau ca un „trifoi cu patru foi”, cu excepția orbitalului dz2, care arată ca o gogoașă cu un lob deasupra și dedesubt. Toate orbitalele d conțin 2 noduri unghiulare. În cazul dxy, dyz, dxz și dx2-y2, acestea sunt noduri unghiulare plane, ușor de observat ca fiind axele care secționează lobii orbitalilor. În cazul dz2, acestea sunt noduri unghiulare conice care împart partea de „gogoașă” a orbitalului cu lobii superior și inferior. Orbitalii d sunt importanți în cazul metalelor de tranziție, deoarece ei sunt în mod obișnuit cei care sunt utilizați în legătură. Teoria câmpului cristalin, mai precis divizarea câmpului cristalin, utilizează orbitalii d și degenerarea lor pentru a descrie proprietățile spectroscopice ale complecșilor metalelor de tranziție.